211service.com
Spray-on batterier kan omforma energilagring
Föreställ dig att du spraymålar sidan av ditt hus och det producerar inte bara energi från solen, utan kan lagra energin för senare också. En ny metod för batteridesign från forskare från Rice University skulle kunna möjliggöra det och andra typer av spray-on-batterier.
Rice University-teamet skapade battericeller på ytan av badrumsplattor och, när de laddades av en solcell, kunde de driva en LED-lampa. Kredit: Rice University
Forskningen, publicerad förra veckan i naturen , söker ett nytt tillvägagångssätt för batteritillverkning genom att använda material som kan spraymålas på olika ytor. I kombination med flexibla tryckta kretsar och forskning inom spray-on solceller erbjuder tekniken möjligheten att förvandla vanliga föremål till smarta enheter med datorkraft och lagring. En annan möjlighet är hemelektronik, som mobiltelefoner eller kameror, med batteribeläggning.
Konventionella litiumjonbatterier är gjorda med flera lager av olika komponenter, inklusive anoden, separatorn, katoden och metallfolier för att samla laddning. Denna jelly roll struktur innebär att litiumjonbatterier är begränsade till cylindriska och rektangulära, eller prismatiska, formade celler.
Rice-gruppen fokuserade på att använda flytande komponenter som kan målas med en luftborste. I ett experiment applicerades de fem traditionella batterikomponenterna som lager på nio keramiska badrumsplattor och andra hushållsföremål, inklusive en ölmugg, för testning. De fann att tekniken kunde användas på keramik, rostfritt stål och flexibla polymerer.
Badrumsbatterierna kopplades parallellt och kopplades till solcellspanelen för att tända en LED-lampa i sex timmar. Batterierna levererade stadiga 2,4 volt.
Kärnan bakom arbetet var att hitta en lämplig flytande sammansättning för de olika batterikomponenterna. Litiumjonbatterier använder ofta en aluminiumfolie för att samla positiv laddning men ledande aluminiummikropulver utgör hälsoproblem om de sprayas, så gruppen använde enkelväggiga nanorör för att samla ström.
Gruppen stötte också på tillverkningsproblem, där de olika lagren skalade isär efter sprutning. För en separator bestämde sig forskarna på en polymerfärg som består av en blandning av harts, plexiglas och kiseldioxid i ett lösningsmedel. Det svåraste var att uppnå mekanisk stabilitet, och separatorn spelade en avgörande roll, sa Neelam Singh som var huvudförfattare till tidningen, i en påstående . Den slutliga tjockleken var cirka 200 mikron, eller tjockleken på några hårstrån.
Singh beskriver arbetet som ett nytt koncept inom batterier som frigör designers från begränsningarna i dagens former. Nu har vi flexibiliteten i valet av substrat och former på batterier. Vi kan göra utskrivbara batterier på praktiskt taget vilket material som helst, sa hon i en video som släpptes av professor Pulickel Ajayans labb på Rice.
Ett traditionellt litiumjonbatteri har en gelérollkonstruktion (vänster) medan Ricebatteritekniken använder färger för de aktiva komponenterna som kan sprayas på en yta. Kredit: Rice University
Batteriernas prestanda är jämförbar med dagens litiumjonbatterier och kapaciteten för experimentella batterier var nära förutsägelser, vilket tyder på att processen skulle kunna anpassas för handhållna sprayburkar, enligt Rice.
Men tidningen påpekar en betydande begränsning för idén att köpa sprayburkar med litiumkoboltoxid i järnaffären för ett gör-det-själv-batteri. Litiumjonbatterikomponenter är känsliga för luft och fukt vilket innebär att det skulle vara farligt att producera spray-on batterier direkt på utomhus utan dyr utrustning.
Ändå, eftersom spray-on-tekniken kan användas med industriella sprutpistoler och inte kräver exotiska material, kan forskningen tänkas kommersialiseras om en användbar tillämpning kan hittas. Förutom att förbättra grundläggande batteriprestanda – laddningscykler, kapacitet, säkerhet – måste kostnaderna också uppskattas.