Вече има разтеглива литиева батерия, безопасна за огъване, рязане и пробиване

Настоящите литиеви батерии са изложени на риск от запалване, ако се повредят, проблем, който при новата разработка го няма. Освен това създадената от изследователите батерия може да се разтяга, огъва и дори частично да се унищожава без последствия.

Предишните разработки в тази област не можеха да се похвалят с дълъг експлоатационен живот и голям брой цикли на зареждане. Батерията Berkeley преодоля тези и други ограничения, демонстрирайки способността си да издържи най-малко 500 цикъла на зареждане. Съвременните масово произвеждани литиево-йонни батерии издържат приблизително същия брой цикли на зареждане.

В процеса на създаване на батерията, която е устойчива на груби физически въздействия, изследователите решават два основни проблема. Първо, батерията не трябва да съдържа токсични материали. Второ, структурата на електролита трябва да може сама да поддържа формата си - ако това определение е подходящо за електролит под формата на "желе". Учените изпълниха и двете задачи, въпреки че не всичко се получи перфектно.

"Модерните батерии изискват твърда обвивка, тъй като електролитът, използван в тях, е експлозивен. Искахме да създадем батерия, която може да се използва безопасно без твърда опаковка, обясняват учените. — За съжаление, гъвкавата опаковка, направена от полимери или други еластични материали, може лесно да позволи на въздух или вода да премине през тях, които ще реагират със стандартните електролити, генерирайки много топлина и потенциално причинявайки пожари и експлозии. Ето защо в 2017 г. започнахме да експериментираме с квазитвърди хидрогелни електролити.“

Тъй като няма готово решение, изследователите опитват много съединения, преди да постигнат образуването на надеждни молекулни връзки в електролита, като същевременно поддържат приемлива йонна проводимост. По-специално, вече е възможно да се повиши работното напрежение на батерията до 3 V и дори малко по-високо, докато предишните квазитвърди хидрогелни електролити ограничаваха този индикатор до ниво от около 1.2 V, което е недостатъчно за практическа употреба.

Новият електролит се основава на така наречените цвитерионни полимери – клас макромолекули, съдържащи както положително, така и отрицателно заредени групи в главната или страничните вериги. Тези заряди са разположени близо един до друг и често се неутрализират взаимно, образувайки молекули с обща електрическа неутралност. В батериите този полимер използва своята „положителна страна“, за да се свърже с водните молекули, и своя отрицателен заряд, за да привлече литиеви йони.

Експериментите показват, че меката хидрогелна батерия абсорбира само 19% от влагата от въздуха при 50% влажност. Това позволява на батерията да работи при напрежение от 3.1 V. Два забележителни недостатъка на новата батерия са по-бързата загуба на капацитет - до 60% от първоначалното ниво след 500 цикъла на зареждане (докато съвременните батерии губят не повече от 20%), както и ниската плътност на съхранената енергия, възлизаща само на около 10% от нивото на съвременните батерии.

Но новата мека батерия в гъвкава полимерна опаковка може да бъде огъната, усукана, пробита и дори нарязана без последствия. Тя дори се възстановява от "порязвания" - въпреки че това изисква да бъде изпечен в специална камера. Учените са уверени, че новопридобитите свойства ще помогнат за създаването на по-безопасна електроника – от роботика до носими устройства. Освен това характеристиките на батерията все още могат да бъдат подобрени. Това е само въпрос на време и допълнителни научни изследвания.