211service.com
Ett töjbart, böjbart och kraftfullare Smart-Watch-batteri
Smarta klockor kanske snart kan gå längre tack vare töjbara, böjbara batterier.
En forskare demonstrerar de elektriska egenskaperna hos ett litiumjonbatteri som kan sträckas och böjas tack vare origamivikning.
Med hjälp av en form av den japanska vikningstekniken origami har forskare visat att de kan få konventionellt tillverkade litiumjonbatterier att sträcka och böja sig tillräckligt för att passa in i ett klockband, där det finns mer utrymme att lagra energi. Förutom att stärka smarta klockor kan metoden, som uppfinnarna säger är kompatibel med standardtillverkningsprocesser, skapa batterier som passar bättre för alla möjliga andra bärbara elektroniska prylar, som träningsband som spårar hälsorelaterad data (se Vad är utsikterna för flexibla biosensorer?).
Dagens smarta klockbatterier sitter bakom skärmen och delar det lilla utrymmet med all annan elektronik som driver klockan. Batteriet tar inte bara upp en stor del av det tillgängliga utrymmet, utan det har en relativt liten energikapacitet - ett hinder för utveckling av smartklockor, säger Hanqing Jiang , en professor i mekanisk och rymdteknik vid Arizona State University, som ledde forskningen om böjbara batterier. Dagens klockor går inte särskilt länge: till exempel är den nya Apple-klockan sa att bara hålla några timmar om den aktivt används för att köra applikationer. Den nya tekniken kan hjälpa till att fördubbla batteriernas energikapacitet, säger Jiang.
Forskarna använde sitt vikta batteri för att driva en Samsung smart klocka och visade att ett elastiskt band med batteriet inuti kan böjas och sträckas utan att påverka batteriets prestanda.
Under det senaste decenniet har forskare gjort stora framsteg med att designa töjbar elektronik som kan anpassa sig till böjda och dynamiska ytor och former, som människokroppens, utan att fungera fel. De flesta har dock involverat att använda elastiska material (se Ett batteri som sträcker sig till tre gånger så stort ) och är inte direkt kompatibla med befintliga batteritillverkningsanläggningar.
Jiang fick inspirationen att applicera origami på problemet när han märkte att ett särskilt vikningsmönster, kallat Miura-vikning, liknade ett mönster som han tidigare sett i nanoskala kisel, vilket gjorde att det bucklade och sträckte sig när det fästes på ytan av en elastiskt gummimaterial (se Skivor av töjbart kisel). Förra året, han och hans kollegor demonstrerade hopfällbara litiumjonbatterier baserade på Miura-vikning. Men de praktiska tillämpningarna av den designen är begränsade eftersom batteriet bara kan sträcka sig från sitt vikta tillstånd till sitt ovikta, platta tillstånd, och den vikta formen har ojämna ytor som gör det olämpligt för något som ett klockband, säger han.
För att skapa en mer kompatibel formfaktor bestämde sig gruppen för att använda kirigami, en variant av origami som innebär skärning utöver vikning. Jiang och hans kollegor har nu demonstrerade att genom att göra snitt i breddriktningen längs de olika materiallagren innan de lamineras ihop och sedan vrida eller vika strukturen på föreskrivna sätt kan de göra batterier som töjer sig. Sträckningen är ett resultat av rotation som sker vid snitten, och enheten bibehåller en konstant tjocklek när den sträcks, till skillnad från de tidigare origami-baserade designerna.
Förutom att demonstrera batteriet i en riktig smart klocka, testade forskarna de kompakta och sträckta formerna för att bekräfta att det behåller sina elektrokemiska och mekaniska egenskaper efter många cykler, och de visade att rotationen under sträckning inte får strukturen att spricka. Jiang säger att hans grupps mål är att kommersialisera tekniken, och den förfinar nu batteriförpackningen för att ta itu med vissa säkerhetsrelaterade frågor. Han säger också att kirigami-tekniken är tillämpbar på andra typer av elektroniska enheter förutom batterier, som sensorer och superkondensatorer.