Yenilikçi pil, giyilebilir cihazların güvenliğini ve uygun maliyetliliğini artırır

Araştırmacılar, giyilebilir cihazlar için daha güvenli, daha ucuz, daha iyi performanslı ve daha esnek bir pil seçeneği geliştirdi.

Dergide yeni tip pilin “tarifini” anlatan bir makale yayımlandı Nano enerji araştırması 3 Haziran’da.

Fitness takipçileri. Akıllı saatler. Sanal gerçeklik kulaklıkları. Akıllı kıyafetler ve implantlar bile. Akıllı giyilebilir cihazlar bugünlerde her yerde. Ancak daha fazla kolaylık, güvenilirlik ve uzun ömür için bu cihazlar, genellikle sinir bozucu derecede hantal, ağır ve kırılgan olan enerji depolama mekanizmalarının daha yüksek düzeyde esnekliğe ve minyatürleştirilmesine ihtiyaç duyacaktır. Ayrıca herhangi bir iyileştirme güvenlikten ödün verilmesine yol açamaz.

Sonuç olarak, son yıllarda pil araştırmalarının büyük bir kısmı “mikro” esnek enerji depolama cihazlarının veya MFESD’lerin geliştirilmesine odaklandı. Sulu nanopillerin birçok farklı avantaj sunduğu bir dizi farklı yapı ve elektrokimyasal temel araştırılmıştır.

Su pilleri – elektrolit (iyonların pil içinde aktarılmasına ve dolayısıyla bir elektrik devresi oluşturulmasına olanak tanıyan ortam) olarak sulu bir çözelti kullanan piller yeni değildir. 19. yüzyılın sonlarından beri ortalıktalar. Ancak enerji yoğunluğu (veya birim hacim başına bataryadaki enerji miktarı) çok fazla yer kaplayacağı için elektrikli otomobillerde kullanılamayacak kadar düşük. Lityum-iyon piller bu tür kullanımlar için daha uygundur.

Aynı zamanda su bazlı piller, lityum iyon pillere göre daha az yanıcıdır ve dolayısıyla daha güvenlidir. Aynı zamanda çok daha ucuzdur. Bu güçlü güvenlik ve düşük maliyetin bir sonucu olarak sulu seçenekler, MFESD’ler için en iyi seçeneklerden biri olarak giderek daha fazla araştırılmaktadır. Bunlara mikro sulu piller veya sadece AMB’ler denir.

Alanın önde gelen araştırmacılarından biri olan Guilin Teknoloji Üniversitesi Guangxi Anahtar Optik ve Elektronik Malzemeler ve Cihazlar Laboratuvarı’nda malzeme bilimcisi olan Qi Niu, “Ne yazık ki şu ana kadar AMB’ler potansiyellerine ulaşamadı” dedi. bir takım. “Giyilebilir bir cihazda kullanılabilmeleri için, belirli bir dereceye kadar gerçek dünyadaki bükülme ve bükülmeye dayanmaları gerekiyor. Ancak şu ana kadar araştırılanların çoğu bu tür strese dayanamıyor.”

Bunun üstesinden gelmek için AMB’deki herhangi bir kırık veya arıza noktasının bu stres sonrasında kendi kendine iyileşmesi gerekecektir. Ne yazık ki bugüne kadar geliştirilen kendi kendini onaran AMB’ler, pilin elektrik devresindeki yük taşıyıcıları olarak metal bileşiklere güvenme eğilimindedir. Bu, metal iyonları ile elektrotların yapıldığı malzemeler (pilin pozitif ve negatif elektrik iletkenleri) arasında güçlü etkileşim gibi istenmeyen bir yan etkiye sahiptir. Bu da pilin reaksiyon hızını (herhangi bir pilin çekirdeğinde elektrokimyasal reaksiyonların meydana geldiği hız) azaltır ve bu da performansı önemli ölçüde sınırlar.

Ekibin bir başka kıdemli üyesi ve Fizik Okulu ve Merkez’de araştırmacı olan Junjie Shi, “Böylece metalik olmayan yük taşıyıcıların olasılığını araştırmaya başladık, çünkü elektrotlarla etkileşimde aynı zorlukları yaşamayacaklardı” diye ekledi. Wuhan’daki Huazhong Bilim ve Teknoloji Üniversitesi’nde Nano Ölçekli Karakterizasyon ve Cihazlar (CNCD) için z.

Araştırma ekibi, ideal yük taşıyıcıları olarak bol miktarda amonyum tuzlarından elde edilen amonyum iyonlarına odaklandı. Diğer seçeneklere göre çok daha az aşındırıcıdır ve geniş bir elektrokimyasal stabilite penceresine sahiptir.

Yine CNCD’de araştırma ekibinin üçüncü baş üyesi olan Long Zhang, “Fakat amonyum iyonları, pillerimizin kendi kendini iyileştirmesini sağlayan tarifte yer alan tek bileşen değil” dedi.

Ekip bunun için amonyum tuzlarını, yapısına zarar vermeden büyük miktarda suyu emebilen ve tutabilen bir polimer malzeme olan bir hidrojele dahil etti. Bu, hidrojellere inanılmaz bir esneklik kazandırır ve tam olarak gerekli olan kendi kendini iyileştirme özelliğini sağlar. Jelatin muhtemelen en iyi bilinen hidrojeldir, ancak bu durumda araştırmacılar daha fazla mukavemeti ve düşük maliyeti nedeniyle polivinil alkol (PVA) hidrojeli seçmiştir.

Amonyum elektrolit ile uyumluluğu geliştirmek amacıyla, mükemmel iletkenliği nedeniyle anot (negatif elektrot) malzemesi olarak yalnızca bir atom katmanı içeren bir “2D” nanomateryal olan titanyum karbür seçildi. Bu arada, kuru pillerde yaygın olarak kullanılan manganez dioksit, katot (pozitif elektrot) için bir karbon nanotüp matrisine (yine iletkenliği artırmak için) dokundu.

Kendi kendini onaran pil prototipinin testi, onun mükemmel enerji yoğunluğu, güç yoğunluğu, çevrim ömrü, esneklik ve on kendi kendini iyileştirme döngüsünden sonra bile kendi kendini iyileştirme gösterdiğini gösterdi.

Ekip artık ticari üretime hazırlanırken prototiplerini daha da geliştirmeyi ve iyileştirmeyi hedefliyor.

Açık Nano enerji araştırması

Nano Research Energy, Tsinghua University Press tarafından başlatıldı ve yalnızca şu adresten edinilebilir: PsikopenUluslararası, açık erişimli, multidisipliner bir dergi olmayı hedeflemektedir. En son ileri nanomalzemeler ve enerji nanoteknolojisi üzerine araştırmaları yayınlayacağız. Enerji üretimi, dönüşümü, depolanması, korunması, temiz enerji vb. dahil ancak bunlarla sınırlı olmamak üzere nanomalzemeler ve nanoteknolojiyi kullanan enerji ile ilgili araştırmaların çeşitli yönlerini keşfetmeye adanmıştır. Nano Research Energy, açık erişim modelinde dört tür makale yayınlayacaktır: İletişimler, Araştırma Makaleleri, İncelemeler ve Perspektifler.

Açık Psikopen

SciOpen, Tsinghua University Press ve yayıncı ortakları tarafından yayınlanan bilimsel ve teknik içeriği keşfetmeye yönelik profesyonel, açık erişimli bir kaynaktır ve bilimsel yayıncılık topluluğuna yenilikçi teknoloji ve pazar lideri yetenekler sağlar. SciOpen, dergi planlama, üretim hizmetleri, editoryal hizmetler, pazarlama ve pazarlama gibi tüm işlevlerde çeşitli seçenekler sunarak her derginin gelişimini sağlamak için makale gönderimi, hakem incelemesi, içerik barındırma, analitik, kimlik yönetimi ve uzman tavsiyesi alanlarında kapsamlı hizmetler sağlar. promosyon, çevrimiçi işlevler vb. SciOpen, yayınlama sürecini dijitalleştirerek erişimi genişletir, etkiyi derinleştirir ve fikir alışverişini hızlandırır.