211service.com
Ett batteri du kan se igenom
Forskare vid Stanford University har gjort helt genomskinliga batterier, den sista saknade komponenten som behövs för att göra transparenta skärmar och andra elektroniska enheter.
Rensa kraft: Genomskinliga litiumjonbatterier som denna skulle så småningom kunna driva klar bärbar elektronik.
Professor i materialvetenskap i Stanford Yi Cui , som ledde arbetet, säger att en enorm mängd forskning går till att få batterier att lagra mer energi under längre tid, men lite uppmärksamhet har ägnats åt att göra dem vackrare och snyggare.
Forskare har tidigare gjort transparenta variationer på andra stora klasser av elektronik, inklusive transistorer och komponenterna som används för att styra bildskärmar, men ännu inte batterier. Och om du inte kan göra batteriet genomskinligt, kan du inte göra gadgeten genomskinlig, säger Cui.
Vissa batterikomponenter är lättare att tillverka med genomskinliga material än andra. Elektroderna är den knepiga delen, säger Cui. Ett sätt att göra en genomskinlig elektrod är att göra den väldigt tunn, i storleksordningen cirka 100 nanometer tjock. Men en tunn elektrod kan vanligtvis inte lagra tillräckligt med energi för att vara användbar.
Ett annat tillvägagångssätt är att göra elektroden i form av ett mönster som har drag som är mindre än vad blotta ögat kan se. Så länge det finns tillräckligt med totalt elektrodmaterial i batteriet kan denna typ av elektrod fortfarande lagra en betydande mängd energi. Cui designade en nätelektrod där alla linjer i nätet är i storleksordningen 50 mikrometer, i praktiken osynliga, och rutorna inuti nätet innehåller inga batterimaterial.
Tillverkning är också knepigt, eftersom de vanliga metoderna för att tillverka komponenter med denna upplösning kräver hårda kemiska processer som skadar batterimaterial. Stanford-gruppen använde istället en relativt enkel metod för att göra de transparenta mesh-elektroderna, som hålls samman inuti en klar, squishy polymer som kallas PDMS.
De börjar med att använda litografi för att göra en form på en silikonwafer. Sedan häller de flytande PDMS över formen, härdar polymeren för att stelna den och drar av den från formen. PDMS-arket graveras sedan med ett rutnät av smala kanaler. Därefter droppar de en lösning av elektrodmaterial på ytan av PDMS. Kapillärverkan drar in materialen tills de har fyllt alla kanaler för att skapa nätet. Forskarna använde standard litiumjonbatterimaterial för att tillverka sina elektroder.
För att göra hela batteriet lägger de en genomskinlig gelelektrolyt mellan de två elektroderna och lägger allt i en skyddande plastfolie. Stanford-forskarna skapade prototyper och använde dem för att driva en LED vars ljus kan ses genom själva batteriet.
Cui säger att dessa batterier i teorin borde kunna lagra ungefär hälften så mycket energi som ett ogenomskinligt batteri av motsvarande storlek, eftersom det finns en avvägning mellan energitäthet och transparens. De kan lägga ner ett tjockare nät av elektrodmaterial för att lagra mer energi, men det betyder att mindre ljus kommer igenom.
Hittills kan hans labbs prototyper lagra 20 wattimmar per liter, ungefär lika mycket energi som ett nickel-kadmiumbatteri, men Cui förväntar sig att förbättra detta med en storleksordning, delvis genom att minska tjockleken på polymersubstratet, och genom att göra diken som håller elektrodmaterialen djupare.
Ett annat sätt att lagra mer energi utan att offra transparens skulle vara att stapla flera celler ovanpå varandra på ett sådant sätt att rutnätet på elektroderna hamnar i linje och låter ljus passera igenom. Hittills har gruppen tillverkat elektroder som är ungefär en tum i diameter, men Cui säger att de kan göras mycket större, och materialet kan helt enkelt skäras till önskad storlek.