Разтегливи батерии за носими джаджи

Светът на технологиите се развива бързо и носимите джаджи стават все по-популярни. От умни часовници до фитнес тракери, тези устройства предлагат набор от функции, които улесняват и подобряват живота ни. Едно от най-големите предизвикателства обаче е издръжливостта. Традиционните батерии не са създадени да издържат на суровите условия на ежедневна употреба, което може да доведе до преждевременна повреда.

Гъвкава електроника за носими технологии

Изследователите работят върху разработването на нови видове батерии, които са по-гъвкави и издръжливи и могат по-добре да отговорят на нуждите на носимите устройства. Един обещаващ подход е използването на разтегливи материали в дизайна на батериите. Разтегливите батерии могат да се разтягат и усукват, без да губят способността си да съхраняват и отдават енергия, което ги прави идеални за използване в носими устройства, които са подложени на огъване, усукване и други видове деформации.

Издръжливи и акумулаторни батерии за носими устройства

Неотдавна в списание Nature Communications беше обявен пробив в технологията за разтегливи батерии. Изследователи от Университета на Илинойс, Северозападния университет и други разработиха тънка, гъвкава батерия, която може да се разтегне до 300% от първоначалния си размер и все още да осигурява захранване. Батерията е направена от разтеглива полимерна подложка, върху която са отпечатани малки литиево-йонни батерии, свързани с дълги, S-образни проводници. Когато полимерът се разтегне, проводниците действат като пружини, разтягайки се, за да покрият повече разстояние, докато не се опънат напълно.

Литиево-йонни батерии за разтеглива електроника

Литиево-йонните батерии са най-често срещаният тип батерии, използвани в електрониката днес, и те предлагат редица предимства пред други типове батерии. Те са леки, имат висока плътност на енергия и могат да се презареждат многократно. Традиционните литиево-йонни батерии обаче не са много гъвкави, което ги прави неподходящи за използване в разтегливи устройства.

Разтегливата батерия, разработена от изследователите от Университета на Илинойс и Северозападния университет, използва нов дизайн, който позволява на батерията да се разтяга и усуква, без да поврежда литиево-йонните клетки. Батерията е направена от тънка, гъвкава полимерна подложка, върху която са отпечатани малки литиево-йонни батерии, свързани с дълги, S-образни проводници. Когато полимерът се разтегне, проводниците действат като пружини, разтягайки се, за да покрият повече разстояние, докато не се опънат напълно.

Разтеглив полимер за съхранение на батерията

Разтегливата полимерна подложка, използвана в батерията, е направена от материал, наречен полиимид. Полиимидът е високопроизводителен полимер, известен със своята здравина, гъвкавост и устойчивост на топлина и химикали. Той обикновено се използва в различни приложения, включително в гъвкава електроника, аерокосмически отрасъл и медицински изделия.

S-образни проводници за разтеглив дизайн на батерии

S-образните проводници, използвани в батерията, са направени от метална сплав, наречена нитинол. Нитинолът е сплав с памет на формата, което означава, че може да запомни първоначалната си форма и да се върне към нея след деформация. Това свойство прави нитинола идеален за използване в разтегливи устройства, тъй като позволява на проводниците да се разтягат и усукват, без да губят способността си да провеждат електричество.

Безжично зареждане на разтегливи батерии

В допълнение към това, че е разтеглива и издръжлива, батерията, разработена от изследователите от Университета на Илинойс и Северозападния университет, може да се зарежда и безжично. Това е голямо предимство за носимите устройства, тъй като елиминира необходимостта от обемисти зарядни кабели и конектори. Батерията може да се зарежда безжично с помощта на индуктивни бобини, които просто се поставят в контакт с батерията.

Индуктивни бобини за зареждане на батерии за носене

Индуктивните бобини са вид трансформатор, който може да предава енергия безжично на къси разстояния. Те обикновено се използват в различни приложения, включително безжично зареждане, RFID тагове и метални детектори. В разтегливата батерия индуктивните бобини се използват за прехвърляне на енергия от източник на захранване към батерията.

Приложения на разтегливи батерии в носими устройства

Разтегливата батерия, разработена от изследователите от Университета на Илинойс и Северозападния университет, има широк спектър от потенциални приложения в носими устройства. Може да се използва за захранване на всичко – от огъваеми смартфон часовници до биологични импланти като пейсмейкъри.

Потенциални приложения на разтегливи батерии в здравеопазването и уелнес

Едно от най-обещаващите приложения на разтегливите батерии е в областта на здравеопазването и уелнес. Разтегливите батерии могат да се използват за захранване на носими устройства, които наблюдават жизнените функции, проследяват фитнес активността и осигуряват медицинско лечение. Например, разтегливите батерии могат да се използват за захранване на имплантируеми устройства, които доставят лекарства или стимулират нервите.

Заключение

Разработването на разтегливи батерии е голям пробив в областта на носимите технологии. Разтегливите батерии предлагат редица предимства пред традиционните батерии, включително тяхната гъвкавост, издръжливост и възможност за безжично зареждане. В резултат на това разтегливите батерии имат потенциала да революционизират начина, по който използваме носимите устройства, и да отворят нови възможности за приложения в здравеопазването и уелнеса.

Какво представляват наноточковите батерии?

Наноточковите батерии са нов тип технология за батерии, която използва малки наноточкови кристали за бързо съхранение на енергия. Тези кристали са изработени от органични материали и са с приблизителната дължина на една нишка ДНК. Те са вградени по върха на електрода и в електролита вътре в батерията.

Как работят наноточковите батерии?

Когато пакетът батерии започне да се зарежда, той съхранява първоначалния прилив на електрически ток в върха на електрода, а не директно в лития. Този метод позволява капацитет, който е 10 пъти по-голям от този на традиционните електроди.

Предимства на наноточковите батерии

• Бързо зареждане: Наноточковите батерии могат да заредят смартфон само за 30 секунди.
• Висок капацитет: Наноточковите батерии могат да съхраняват повече енергия от традиционните литиево-йонни батерии.
• Дълъг експлоатационен живот: Наноточковите батерии могат да издържат хиляди цикъла на зареждане, без да добавят обем.

Недостатъци на наноточковите батерии

• В момента голям размер: Текущият прототип на наноточкова батерия е по-голям от батерията вътре в Samsung Galaxy S4.
• По-висока цена: Очаква се наноточковите батерии да бъдат по-скъпи от традиционните зарядни устройства.
• Необходимост от модификации на телефона: Телефоните трябва да бъдат модифицирани, за да се приспособят към високия ток по време на зареждане.

Предизвикателства при комерсиализирането на наноточковите батерии

• Намаляване на размера на батерията, като същевременно се подобрява капацитетът
• Намаляване на размера на зарядното устройство
• Намаляване на цената на батериите
• Модифициране на телефоните, за да се приспособят към високия ток на зареждане

Потенциал на наноточковите батерии

Наноточковите батерии имат потенциала да революционизират начина, по който зареждаме нашите смартфони и други устройства. Те биха могли да елиминират необходимостта да чакаме часове, за да се заредят нашите устройства, и да направят възможно зареждането им в движение.

Текущи изследвания и разработки

StoreDot, израелският стартъп, който разработи наноточковата батерия, работи с няколко големи производители на смартфони, за да пусне технологията на пазара. Компанията е уверена, че ще успее да преодолее предизвикателствата и да направи наноточковите батерии достъпни за потребителите до 2016 г.

Заключение

Наноточковите батерии са обещаваща нова технология, която има потенциала да промени начина, по който зареждаме устройствата си. Те предлагат редица предимства пред традиционните литиево-йонни батерии, включително по-бързо зареждане, по-висок капацитет и по-дълъг експлоатационен живот. Въпреки че все още има някои предизвикателства, които трябва да бъдат преодолени, StoreDot постига напредък в комерсиализацията на технологията и нейното пускане на пазара.

Въведение

Нобеловата награда по химия е престижна награда, която отличава новаторските приноси в областта. Тази година наградата беше присъдена на трима учени за работата им по разработването на литиево-йонни батерии, технология, която направи революция в съвременното общество.

Произход на литиево-йонните батерии

Разработването на литиево-йонните батерии може да се проследи до петролната криза от 70-те години. Тъй като цените на бензина се покачваха, изследователите започнаха да търсят алтернативни източници на енергия и мерки за пестене на енергия. Един от тези изследователи беше М. Стенли Уитингъм, който по това време изучаваше свръхпроводници.

Изследването на Уитингъм го накара да открие богат на енергия материал, наречен титанов дисулфид, който може да съхранява литиеви йони. Той създаде батерия, в която част от анода беше направена от метален литий. Тази батерия беше значителен напредък спрямо базирани на киселина батерии от онова време, но беше нестабилна и предразположена към експлозии.

Усъвършенстване и комерсиализация

През 1980 г. Джон Б. Гуденаф усъвършенства концепцията на Уитингъм, като търси алтернативи на титановия дисулфид. Той откри, че кобалтовият оксид може да свърши същата работа и да произвежда още повече енергия. През 1985 г. Акира Йошино заменя металния литий в батерията с нефтен кокс, наслоен с литиеви йони, което прави батерията по-безопасна.

До 1991 г. литиево-йонната батерия е достатъчно стабилна за комерсиализация. Sony пуска първите презареждащи се литиево-йонни батерии и технологията бързо набира популярност на пазара на потребителска електроника.

Въздействие върху съвременното общество

Литиево-йонните батерии оказват дълбоко въздействие върху съвременното общество. Те са ключовият компонент в мобилните телефони, лаптопите и други преносими устройства. Те също могат да бъдат мащабирани за захранване на електрически превозни средства и системи за възобновяема енергия.

Способността на литиево-йонните батерии да съхраняват големи количества енергия в компактна и лека форма позволи разработването на нови технологии и приложения. Например, литиево-йонните батерии се използват в имплантируеми пейсмейкъри и други медицински устройства.

Предизвикателства и бъдещо развитие

Въпреки широкото си използване, литиево-йонните батерии са изправени пред някои предизвикателства. Търсенето на литий нараства бързо и добивът на метала може да има отрицателни екологични и социални последици. Кобалтът също е в недостиг, а добивът му е свързан с нарушения на правата на човека и унищожаване на околната среда.

Изследователите работят за разработването на нови технологии за батерии, които са по-устойчиви и по-малко зависими от литий и кобалт. Един обещаващ подход са твърдотелни батерии, които използват твърди електролити вместо течни електролити. Твърдотелните батерии са негорими и имат по-дълъг живот от литиево-йонните батерии.

Заключение

Разработването на литиево-йонната батерия е доказателство за силата на научните изследвания за трансформиране на света. Тази технология позволи развитието на нови индустрии и приложения и продължава да играе жизненоважна роля в прехода към по-устойчиво бъдеще.