Пряжа

Исследователи превратили перезаряжаемую ионно-цинковую батарею в эластичную нить, которая выделяет энергию при сгибании, растяжении, промывании водой и даже разрезании.

Батарея из цинковой пряжи может быть вплетена в моющуюся интеллектуальную одежду с датчиками и интегрирована в коммерческий текстиль для питания носимых дисплеев, электроники и медицинских имплантатов.

Эта пряжа входит в линейку инновационных гибких устройств, генерирующих и аккумулирующих энергию, которые могут быть интегрированы в энергетические ткани. В список входят ленты солнечных батарей, из которых можно вплетать ткани, вязальные суперконденсаторы и генерирующие энергию нити, которые собирают механическую энергию или трибоэлектрический эффект для выработки электроэнергии.

Некоторые исследователи пытались создать гибкие версии щелочной цинк-марганцевой батареи из-за ее доказанной высокой емкости, низкой стоимости и безопасности. Но эти гибкие версии имели низкую производительность. Плюс эти первичные батареи невозможно перезарядить. Но недавно исследователи разработали высокопроизводительные ионно-цинковые аккумуляторы.

Принципиальная схема изготовления и капсулирования пряжи ZIBИллюстрация: Американское химическое общество.

Чуньи Чжи из Городского университета Гонконга и его коллеги сделали свою нитевидную перезаряжаемую цинковую батарею, скручивая волокна углеродных нанотрубок в пряжу. Они покрывают один кусок пряжи цинком, чтобы сделать анод, а другой - диоксидом марганца, чтобы служить катодом. Затем они наматывают два куска пряжи на эластичное волокно, пропитывают его обычно используемым водопоглощающим гелем и покрывают устройство эластичным силиконом и водоотталкивающим средством.

Батарея пряжи, подробно описанная в ACS Nano, имеет плотность энергии 53,8 милливатт-часа на кубический сантиметр, что примерно в три раза больше, чем у коммерческих тонкопленочных литий-ионных батарей. Он сохраняет более 98 процентов своей емкости после 500 циклов перезарядки.

«По сравнению с традиционными литий-ионными батареями, которые имеют проблемы с искробезопасностью и стоимостью, эта пряжная батарея может хорошо работать в различных суровых условиях», — говорит Чжи. Он сохраняет 95 процентов своей первоначальной емкости при сгибании, завязывании, скручивании и растяжении в три раза больше своей длины. И он сохранил более 96 процентов своей первоначальной емкости после замачивания в воде в течение 12 часов.

В качестве еще одного доказательства силы и крутости этой пряжи команда сделала пряжу длиной 1 метр, разрезала ее на восемь частей и продемонстрировала, что каждая часть может приводить в действие часы. Затем они сплели из кусочков текстильную батарею, которая могла бы питать импульсные мониторы, ленту из 100 светодиодов и гибкую электролюминесцентную панель размером 10 х 10 см.

По словам Чжи, в настоящее время исследователи пытаются интегрировать батареи из пряжи с коммерческими тканями и разрабатывают метод крупномасштабного производства батарей. «У нас также есть план по разработке других типов батарей с большим количеством функций, таких как способность к самовосстановлению или возможность самозарядки в сочетании с компонентом солнечной батареи».