Гибкая батарея
Гибкие батареи — это батареи , как первичные, так и вторичные, которые спроектированы так, чтобы быть конформными и гибкими , в отличие от традиционных жестких. Они могут сохранять свою характерную форму даже при постоянном изгибе или скручивании. Растущий интерес к портативной и гибкой электронике привел к разработке гибких батарей, которые можно использовать в таких продуктах, как смарт-карты , носимая электроника , новая упаковка, гибкие дисплеи и пластыри для трансдермальной доставки лекарств . [1] [2] Преимуществами гибких батарей являются их удобство прилегания, легкий вес и портативность, что позволяет легко использовать их в таких продуктах, как гибкая и носимая электроника. Поэтому предпринимаются усилия по созданию различных гибких источников энергии, включая первичные и перезаряжаемые батареи, с высокой плотностью энергии и хорошей гибкостью.
Основные методы и конструкции
[ редактировать ]В общем, батарея состоит из одного или нескольких гальванических элементов , где каждый элемент состоит из катода , анода , сепаратора и во многих случаях токосъемников. В гибких батареях все эти компоненты должны быть гибкими. Этим батареям можно изготовить различные формы и размеры и разными методами. [3] Один из подходов заключается в использовании полимерных связующих для изготовления композитных электродов, в которых для повышения их проводимости используются проводящие добавки. Материалы электродов можно напечатать или нанести на гибкие подложки. Элементы собираются в гибкие упаковочные материалы для сохранения гибкости. Другие подходы включают фильтрацию суспензии электродов через фильтры с образованием отдельно стоящих пленок или использование гибкой матрицы для удержания материалов электродов. Существуют и другие конструкции, например, кабельные батареи. [4]
Гибкие вторичные (перезаряжаемые) батареи
[ редактировать ]Было предпринято много усилий по адаптации обычных батарей, таких как цинк-углеродные и литий-ионные, и в то же время наночастиц разрабатываются новые материалы, например, на основе комплексов , для гибких батарей и электродов суперконденсаторов . [5] Например, предпринимаются усилия по разработке гибких литий-ионных батарей. В некоторых исследованиях наноуглероды были внедрены в гибкие литий-ионные батареи, и существуют батареи с Li 4 Ti 5 O 12 и LiFePO 4 в качестве анода и катода, с графена . токосъемником на основе [6] из углеродных нанотрубок : первозданные, Сообщалось также об электродах [7] и в сочетании с Li 4 Ti 5 O 12 , LiCoO 2 , [8] или SnO2 . [9] Еще одной разработкой является гибкая самозаряжающаяся батарея толщиной с бумагу, которая сочетает в себе тонкопленочный органический солнечный элемент с чрезвычайно тонкой и очень гибкой литий-полимерной батареей. Он перезаряжается при воздействии света. [10]
Гибкие первичные батареи
[ редактировать ]Одноразовые первичные гибкие первичные батареи, которые являются эквивалентом батарей типа АА и ААА, также представляют большой интерес, поскольку их можно применять в смарт-картах, медицинских пластырях, поздравительных открытках, игрушках и одноразовых устройствах. [11] Преимущества первичных батарей с водным электролитом перед литий-ионными заключаются в их экологичности и простоте изготовления. В 2010 году сообщалось о гибкой цинк-углеродной батарее с использованием одностенных углеродных нанотрубок. [12]
Щелочные батареи более долговечны, чем обычные угольно-цинковые батареи, при большой нагрузке. В щелочной батарее в качестве активного материала наряду с цинковым анодом используется MnO 2 , а в качестве электролита здесь используется КОН. Гибкий щелочной элемент создает несколько проблем, поскольку по сравнению с углеродно-цинковыми элементами, в которых используются слабокислые или нейтральные электролиты, КОН является более основным и коррозионным. В 2011 году Гайквад предложил щелочную батарею с использованием нейлоновой сетки. [13]
Бизнес и коммерциализация
[ редактировать ]Усилия по коммерциализации гибких литий-ионных и цинк-углеродных систем продолжаются. LG предлагает наладить массовое производство аккумуляторов с гибким кабелем. [14] Мировой рынок тонкопленочных аккумуляторов увеличился с 33,5 млн долларов в 2011 году до 51,8 млн долларов в 2012 году и, по оценкам, к концу 2013 года будет оцениваться в 87,3 млн долларов. [15] Производителями гибких одноразовых батарей на основе цинка являются Printed Energy (Брисбен, Квинсленд, Австралия), Blue Spark Technologies (Уэстлейк, Огайо, США), FlexEl (Колледж-Парк, Мэриленд, США), Printechnologics (Хемниц, Германия) и др. поставщиками литий-ионных систем являются GS NanoTech (Сеул, Южная Корея), Cymbet (Элк-Ривер, Миннесота, США) и Excellatron (Атланта, Джорджия, США).
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Samsung и LG выпустят смартфоны с гибким дисплеем во второй половине 2014 года», — говорится в отчете . Цифры . 26 июня 2014 года. Архивировано из оригинала 29 июня 2014 года . Проверено 1 июля 2014 г.
- ^ «Сверхчувствительные гибкие и носимые бионические датчики» . Printedelectronicsworld.com. 5 июня 2014 года . Проверено 19 ноября 2014 г.
- ^ Тегерани, З.; Корочкина Т.; Говиндараджан, С.; Томас, диджей; о'Махони, Дж.; Кеттл, Дж.; Клейпол, Калифорния; Гетин, DT (01 ноября 2015 г.). «Ультратонкая гибкая перезаряжаемая полимерная батарея с трафаретной печатью для носимых электронных устройств». Органическая электроника . 26 : 386–394. дои : 10.1016/j.orgel.2015.08.007 . ISSN 1566-1199 .
- ^ «LG Chem в ближайшем будущем начнет массово производить кабельные аккумуляторы» . English.yonhapnews.co.kr. 08.10.2013.
- ^ Тегерани, З.; Корочкина Т.; Говиндараджан, С.; Томас, диджей; О'Махони, Дж.; Кеттл, Дж.; Клейпол, Калифорния; Гетин, DT (01 ноября 2015 г.). «Ультратонкая гибкая перезаряжаемая полимерная батарея с трафаретной печатью для носимых электронных устройств» . Органическая электроника . 26 : 386–394. дои : 10.1016/j.orgel.2015.08.007 . ISSN 1566-1199 .
- ^ Ли, Н.; Чен, З.; Рен, В.; Ли, Ф.; Ченг, ХМ (2012). «Гибкие литий-ионные аккумуляторы на основе графена со сверхбыстрой скоростью зарядки и разрядки» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 109 (43): 17360–17365. Бибкод : 2012PNAS..10917360L . дои : 10.1073/pnas.1210072109 . ПМЦ 3491507 . ПМИД 23045691 .
- ^ Пушпарадж, ВЛ; Шайджумон, ММ; Кумар, А.; Муругесан, С.; Си, Л.; Вайтай, Р.; Линхардт, Р.Дж.; Наламасу, О.; Аджаян, премьер-министр (2007). «Гибкие накопители энергии на основе нанокомпозитной бумаги» . Труды Национальной академии наук . 104 (34): 13574–13577. Бибкод : 2007PNAS..10413574P . дои : 10.1073/pnas.0706508104 . ЧВК 1959422 . ПМИД 17699622 .
- ^ Ху, Лянбин; Ву, Хуэй; Ла Мантия, Фабио; Ян, Юань; Цуй, Йи (2010). «Тонкие гибкие вторичные литий-ионные бумажные аккумуляторы». АСУ Нано . 4 (10): 5843–5848. дои : 10.1021/nn1018158 . ПМИД 20836501 .
- ^ Ноерохим, Лукман; Ван, Цзя-Чжао; Чжоу, Шу-Лэй; Векслер, Дэвид; Лю, Хуа-Кун (2012). «Отдельностоящая одностенная анодная бумага из углеродных нанотрубок и SnO 2 для гибких литий-ионных батарей» . Карбон . 50 (3): 1289–1297. doi : 10.1016/j.carbon.2011.10.049 .
- ^ Гамильтон, Тайлер (4 апреля 2007 г.) Гибкие батареи, которые никогда не нужно перезаряжать . Обзор технологий
- ^ «Очередь | Ультратонкая гибкая перезаряжаемая полимерная батарея с трафаретной печатью для носимых электронных устройств - KUNDOC.COM» . kundoc.com . Проверено 28 июля 2018 г.
- ^ Хиралал, Притеш; Имаидзуми, Синдзи; Уналан, Хусну Эмра; Мацумото, Хидетоши; Минагава, Миэ; Рувала, Маркку; Таниока, Акихико; Амаратунга, Гехан А.Дж. (2010). «Цельнтвердые гибкие цинк-углеродные батареи, усиленные наноматериалами». АСУ Нано . 4 (5): 2730–2734. дои : 10.1021/nn901391q . ПМИД 20415426 .
- ^ Гайквад, Абхинав М.; Уайтинг, Грегори Л.; Стейнгарт, Дэниел А.; Ариас, Ана Клаудия (2011). «Высокогибкие печатные щелочные батареи на основе электродов, встроенных в сетку». Продвинутые материалы . 23 (29): 3251–3255. Бибкод : 2011AdM....23.3251G . дои : 10.1002/adma.201100894 . ПМИД 21661062 . S2CID 1078155 .
- ^ «LG Chem в ближайшем будущем начнет массово производить кабельные аккумуляторы» . English.yonhapnews.co.kr. Архивировано из оригинала 10 августа 2014 года . Проверено 19 ноября 2014 г.
- ^ Гальярди, Маргарет (2013) Мировые рынки и технологии для тонкопленочных батарей . Исследование БЦК. ISBN 1-56965-525-1
Внешние ссылки
[ редактировать ]
