Naukowcy z MIT opracowali baterie litowo-jonowe wielokrotnego ładowania w postaci bardzo długiego włókna. Można je wpleść w tkaniny, więc ta elastyczna bateria może obsługiwać różne urządzenia do noszenia. Jej dodatkowa zaletą jest, że może być wykorzystana do produkcji baterii drukowanych w 3D w dowolnym kształcie.
Wcześniejsze doświadczenia
Naukowcy z Massachusetts Institute of Technology (MIT) i nie tylko już wcześniej zademonstrowali włókna, które zawierają szeroką gamę elementów elektronicznych, w tym diody elektroluminescencyjne (LED), fotoczujniki, systemy komunikacyjne i cyfrowe. Wiele z nich można wykorzystać w tkactwie, można je prać. Dzięki temu wydają się być doskonałe w zastosowaniach takich jak produkty do noszenia. Jednak do tej pory wszystkie tego typu urządzenia opierały się na zewnętrznym źródle zasilania. Natomiast nowa elastyczna bateria światłowodowa może zapewnić urządzeniom niezależność.
Najdłuższa bateria na świecie
Zespół MIT wyprodukował urządzenie o wyjątkowych właściwościach. Urządzenia magazynujące energię, które wyginają się, są cienkie i długie można przerabiać na tkaniny. Z pewnością mogą one odegrać dużą rolę w przyszłości elektroniki. Według niektórych stanowią one podobnej rangi innowację jak baterie zasilane poprzez noszenie na ciele użytkownika.
W ramach weryfikacji koncepcji zespół odpowiedzialny za nową technologię akumulatorów wyprodukował najdłuższą na świecie elastyczną baterię światłowodową o długości 140 metrów, aby zademonstrować, że materiał można wytwarzać w dowolnych długościach.
Jest to cytat z oficjalnego komunikatu. Fakt, że udało się wyprodukować 140-metrową elastyczną baterię światłowodową, pokazuje, że „nie ma oczywistej górnej granicy długości”. Jak do tej pory jest to najdłuższa bateria na świecie. Co więcej, według naukowców wyprodukowanie tego typu baterii o długości kilometra również nie stanowiłoby problemu.
Proces produkcji elastycznej baterii
Nowa elastyczna bateria światłowodowa jest wytwarzana przy użyciu nowatorskich żeli akumulatorowych i standardowego systemu ciągnienia włókien. Produkcja zaczyna się od większego cylindra zawierającego wszystkie komponenty. Następnie podgrzewa się to do temperatury tuż poniżej temperatury topnienia. Później materiał jest wciągany przez wąski otwór. W ten sposób można skompresować wszystkie części do ułamka ich pierwotnej średnicy, przy jednoczesnym zachowaniu oryginalnego układu części.
Wszelkie kluczowe materiały umieszczono wewnątrz włókna. Natomiast zewnętrzna powłoka pełni funkcje ochronne – zapewnia większą stabilność i wodoodporność.
Kiedy osadzamy aktywne materiały we włóknie, oznacza to, że wrażliwe komponenty akumulatora mają już dobre uszczelnienie, a wszystkie aktywne materiały są bardzo dobrze zintegrowane, więc nie zmieniają swojej pozycji.
Tural Khudiyev
Urządzenie demonstracyjne wykorzystujące nową elastyczną baterię światłowodową zawierało system komunikacyjny „Li-Fi”. Jest to taki system, w którym impulsy światła wykorzystuje się do przesyłania danych. Oprócz tego system zawierał mikrofon, przedwzmacniacz, tranzystor i diody do ustanowienia optycznego łącza danych pomiędzy dwoma urządzeniami w formie tkaniny.
Przewaga i zastosowanie elastycznej baterii
Piękno naszego podejścia polega na tym, że możemy osadzić wiele urządzeń w pojedynczym światłowodzie, w przeciwieństwie do innych podejść, które wymagają integracji wielu urządzeń światłowodowych.
Jung Tae Lee
Badacze przewidują nowe możliwości dla samozasilających się urządzeń komunikacyjnych, wykrywających i obliczeniowych, które można nosić jak zwykłą odzież. A także dla urządzeń, których elastyczne baterie mogą również służyć jako części konstrukcyjne. 140-metrowe włókno ma zdolność magazynowania energii 123 miliamperogodzin, które mogą ładować smartwatche lub telefony. Elastyczne baterie dzięki swej konstrukcji można przerabiać na tkaniny magazynujące energię. Ponadto badacze przekonują, że w przyszłości na tak małej przestrzeni włókna można będzie połączyć więcej niż trzy lub cztery urządzenia.
Oprócz pojedynczych jednowymiarowych włókien, z których można utkać dwuwymiarowe tkaniny, materiał może być wykorzystany w inny sposób. Na przykład w druku 3D lub w systemach o niestandardowych kształtach do tworzenia stałych obiektów, takich jak osłonki, które mogłyby zapewnić zarówno strukturę jak i urządzenie i jego źródło zasilania. Aby zademonstrować tę zdolność, włóknem elastycznej baterii owinięto zabawkową łódź podwodną. W ten sposób zapewniono jej zasilanie. Włączenie źródła zasilania do konstrukcji takich urządzeń może obniżyć ich całkowitą wagę, jednocześnie poprawiając ich wydajność i zasięg.
To pierwsze drukowane urządzenia 3D z baterią światłowodową. Po wydrukowaniu nie trzeba nic więcej dodawać, ponieważ wszystko jest już we włóknie, wszystkie metale, wszystkie materiały aktywne.
Tural Khudiyev
Zespół z MIT złożył wniosek o patent na ten proces. Jednocześnie nadal trwają prace nad ulepszeniem wynalazku. Przewiduje się, że takie elastyczne baterie światłowodowe mogą być gotowe do użycia w produktach komercyjnych w ciągu kilku lat.