Yeni Pil Son Teknoloji Durumundan 10 Kat Daha Güçlü
Esnek ve Şarj Edilebilir
Bir araştırma ekibi, son teknolojiye göre beş ila 10 kat daha fazla alan enerji yoğunluğuna sahip esnek, yeniden şarj edilebilir bir gümüş oksit-çinko pil geliştirdi. Pilin üretimi de daha kolaydır; Çoğu esnek pilin vakum altında steril koşullarda üretilmesi gerekirken, bu pil normal laboratuar koşullarında serigrafi basılabilir. Cihaz, giyilebilir cihazlar için esnek, gerilebilir elektroniklerde ve yumuşak robotiklerde kullanılabilir.
California San Diego Üniversitesi ve California merkezli ZPower şirketindeki araştırmacılardan oluşan ekip, bulgularını Joule dergisinin 7 Aralık 2020 sayısında detaylandırıyor.
Makalenin ilk yazarlarından biri ve doktora derecesi olan Lu Yin, "Pillerimiz, piller etrafında tasarlanması gereken elektronikler yerine elektronikler etrafında tasarlanabilir" dedi. UC San Diego'nun nano-mühendislik Profesörü Joseph Wang'ın araştırma grubunda öğrenci.
Bu yenilikçi pilin alansal kapasitesi, oda sıcaklığında santimetre kare başına 50 miliamperdir - bu, tipik bir Lityum iyon pilin alan kapasitesinden 10 - 20 kat daha fazladır. Yani aynı yüzey alanı için Joule'de açıklanan pil 5 ila 10 kat daha fazla güç sağlayabilir.
Yinsaid, "Bu tür bir alansal kapasite daha önce hiç elde edilmedi". "Ve üretim yöntemimiz ekonomik ve ölçeklenebilir."
Yeni pil, şu anda piyasada bulunan esnek pillerin herhangi birinden daha yüksek kapasiteye sahip. Bunun nedeni, pilin çok daha düşük bir empedansa sahip olmasıdır - bir elektrik devresinin veya cihazın alternatif akıma karşı direnci. Empedans ne kadar düşükse, yüksek akım boşalmasına karşı pil performansı o kadar iyidir.
Gazetenin ortaklarından Jonathan Scharf, "5G ve Nesnelerin İnterneti ( IoT ) pazarı hızla büyüdükçe, yüksek akım kablosuz cihazlarda ticari ürünlerden daha iyi performans gösteren bu pil, tüketici elektroniği için yeni nesil güç kaynağı olarak büyük olasılıkla ana rakip olacak" dedi. - ilk yazar ve bir Ph.D. UC San Diego'nun nano mühendisliği Profesörü Ying Shirley Meng'in araştırma grubunda aday.
Piller, bir mikro denetleyici ve Bluetooth modülleri ile donatılmış esnek bir ekran sistemini başarıyla güçlendirdi. Burada da batarya, piyasada bulunan Li madeni para hücrelerinden daha iyi performans gösterdi.
Basılı pil hücreleri, herhangi bir önemli kapasite kaybı belirtisi göstermeden 80'den fazla döngü boyunca yeniden şarj edildi. Hücreler ayrıca tekrarlanan bükülme ve bükülmeye rağmen işlevsel kaldı.
UC San Diego Malzeme Keşfi ve Tasarımı Enstitüsü müdürü ve makalenin ilgili yazarlarından biri olan Ying Shirley Meng, "Temel odak noktamız hem pil performansını hem de üretim sürecini iyileştirmekti," dedi.
Pili oluşturmak için araştırmacılar, ZPower'ın tescilli bir katot tasarımı ve kimyası kullandılar. Wang ve ekibi, yazdırılabilir, gerilebilir sensörler ve gerilebilir piller konusundaki uzmanlıklarına katkıda bulundu. Meng ve meslektaşları, elektrokimyasal enerji depolama sistemleri için gelişmiş karakterizasyon konusundaki uzmanlıklarını sağladılar ve en yüksek performansa ulaşana kadar pil prototipinin her bir yinelemesini karakterize ettiler.
Daha iyi performansın tarifi
Pilin olağanüstü enerji yoğunluğu, gümüş oksit-çinko ( AgO-Zn ) kimyasından kaynaklanmaktadır. Çoğu ticari esnek pil, Ag2O-Zn kimyası kullanır. Sonuç olarak, genellikle sınırlı çevrim ömürlerine ve düşük kapasiteye sahiptirler. Bu, kullanımlarını düşük güçlü, tek kullanımlık elektroniklerle sınırlar.
AgO geleneksel olarak istikrarsız olarak kabul edilir. Ancak ZPower'ın AgO katot malzemesi, AgO'nun elektrokimyasal kararlılığını ve iletkenliğini iyileştirmek için tescilli bir kurşun oksit kaplamaya dayanır.
Ek bir avantaj olarak, pilin düşük empedansından AgO-Zn kimyası sorumludur. Pilin basılı akım toplayıcıları da mükemmel iletkenliğe sahiptir ve bu da daha düşük empedans elde etmeye yardımcı olur.
Geliştirilmiş üretim
Ancak AgO daha önce hiç serigrafi baskılı bir pilde kullanılmamıştı, çünkü oldukça oksidatiftir ve kimyasal olarak hızla bozunur. Wang'ın UC San Diego'daki laboratuvarındaki araştırmacılar, çeşitli çözücüleri ve bağlayıcıları test ederek, AgO'yu baskı için uygun hale getiren bir mürekkep formülasyonu bulabildiler. Sonuç olarak, mürekkepler hazırlandıktan sonra pil yalnızca birkaç saniye içinde basılabilir. Sadece birkaç dakika içinde kurur ve kullanıma hazırdır. Pil, hızı artıracak ve üretimi ölçeklenebilir hale getirecek şekilde rulodan ruloya bir işlemle de basılabilir.
Piller, kimyasal olarak kararlı, elastik ve yüksek erime noktasına ( yaklaşık 200 derece C veya 400 derece Fahrenheit ) sahip olan ve ısıyla yapıştırılabilen bir polimer film üzerine basılır . Akım toplayıcılar, çinko anot, AgO katot ve bunlara karşılık gelen ayırıcıların her biri, istiflenmiş bir ekran baskılı katman oluşturur.
Ekip, 5G cihazlarda ve yüksek güç, özelleştirilebilir ve esnek form faktörleri gerektiren yumuşak robotiklerde kullanılacak daha düşük empedanslı daha ucuz, daha hızlı şarj cihazları hedefleyerek yeni nesil pil üzerinde çalışıyor.
