Складные бумажные литий-ионные аккумуляторы увеличивают плотность энергии в 14 раз

Как современный аккумулятор может быть связан с оригами? Ученые из аризонского Государственного университета создали литий-ионный аккумулятор из бумаги с покрытием углеродными нанотрубками — и затем, складывая его как карту, они увеличили плотность энергии аккумулятора в 14 раз.

Фактически, складной литий-ионный аккумулятор изготовлен из бумаги. Как можно предположить, невозможно согнуть современный литиевый аккумулятор, поскольку он имеет большое количество жестких компонентов (угольный анод, защитный корпус). Для создания аккумулятора на бумажной основе ученые использовали продукт торговой марки KimWipe (пористое безворсовое бумажное полотенце), покрыли его поливинилиден дифторидом (PVDF) для улучшения прилипания углеродных нанотрубок — и затем обмакнули бумагу, покрытую поливинилиден дифторидом, в раствор с углеродными нанотрубками (CNT). Порошок литиевой окиси титаната (LTO) и литиевой окиси кобальта (LCO) — стандартные электроды литиевого аккумулятора — разместили слоями между двумя листами бумаги, пропитанными углеродными нанотрубками. Далее тонкую фольгу меди и алюминия разместили над и под листами бумаги, завершая создание аккумулятора.

На верхнем рисунке показано основное состояние бумажного аккумулятора. На нижнем рисунке показан аккумулятор после однократного сгибания.

В результате этого получается тонкий, гибкий бумажный аккумулятор с достаточной плотностью энергии в отношении масса/объем. Аккумулятор становится аккумулятором после складывания. Используя складывание по системе Миура при сгибании бумажного аккумулятора 25 раз, ученые из Аризоны обнаружили, что плотность энергии могла увеличиться в 14 раз. Складывание по системе Миура, т.е. схема жесткого складывания оригами, была создана японским астрофизиком Корио Миура (Koryo Miura) для компактного развертывания солнечных панелей космического корабля. Сегодня эта техника используется для складных карт, хотя они редко используются (вероятно, из-за трудности складывания). Образец со складками, выполненный по системе Миура, позволяет полностью сгибать и разгибать лист бумаги всего лишь одним движением.

Используя складывание по системе Миура, ученые взяли литий-ионный бумажный аккумулятор размером 6×7-сантиметров (42 см²), и сгибали его, пока площадь его поверхности не достигла 1.68 см². В то время как площадь снизилась в 25 раз, плотность энергии увеличилась только в 14 раз, из–за потерь при складывании. Складной бумажный аккумулятор имеет поверхностную энергетическую емкость около 2.0 мAч/см², которая падает до 1.5 мAч/см² после нескольких циклов заряда/разряда, однако достаточно хорошо сохраняет заряд после этого.

Сейчас ученые работают над большей эффективностью складной бумаги, увеличивая плотность энергии. Аккумуляторы из складной бумаги могут быть полезны для запитывания гибких устройств — представьте себе складной лист электронной бумаги e-ink или OLED дисплей, питаемые складным аккумулятором, который можно спрятать в карман, когда он не используется.

Источник новости