Ученые изобрели гибкую литиевую батарею, которую можно гнуть, резать или прокалывать, и она все равно будет работать

Ученые Калифорнийского университета в Беркли создали прототип литий-ионного аккумулятора, который можно резать, прокалывать и скручивать без потери работоспособности. В отличие от традиционных жестких батарей, новинка представляет собой гелеобразную структуру, безопасную для человека и окружающей среды. Однако главный прорыв кроется не в механической стойкости, а в радикально новом подходе к электролиту.

В поисках безопасного напряжения

Главная проблема гибких батарей на гидрогелях всегда упиралась в воду. Вода начинает разлагаться при напряжении около 1,2 вольта, в то время как современной электронике требуется стабильная работа на отметке 3,3 вольта и выше. Предыдущие попытки решить проблему через токсичные фторированные соли заводили разработку в тупик с точки зрения экологии. Команда под руководством профессора Ливэя Лина нашла обходной путь. Они создали так называемый цвиттерионный полимер — молекулу, несущую одновременно положительный и отрицательный заряды. Эта структура «привязывает» молекулы воды к себе, не давая им распадаться под нагрузкой, но при этом свободно пропускает ионы лития.

Технология «сухого» геля

Вместо традиционного замачивания полимера в воде, ученые просто оставили его на воздухе при влажности около 50%. Полимер сам впитал ровно столько влаги, сколько нужно — всего 19% от массы. В результате получился электролит, который:

• Не боится контакта с воздухом (не воспламеняется);
• Стабильно держит напряжение выше 3,1 вольта;
• Не требует герметичного корпуса.

Собранная батарейка питала плату со светодиодами более месяца без какой-либо изоляции. Механические тесты показали, что аккумулятор выдерживает скручивание на 180 градусов, прокол иглой и разрез бритвой — светодиоды продолжали гореть. Более того, разрезанную пополам батарею удалось «склеить» обратно, восстановив 90% емкости после нагрева в печи.

Цена гибкости

За уникальные свойства приходится платить. После 500 циклов зарядки-разрядки емкость новинки падает до 60% от первоначальной, тогда как у коммерческих аналогов этот показатель составляет 80%. Плотность энергии пока в десять раз ниже, чем у стандартных литий-ионных батарей. Ведущий автор исследования Пэйшэн Хэ признает, что для выхода на рынок, возможно, придется пожертвовать свойством самовосстановления ради увеличения емкости. Первые коммерческие литий-ионные батареи появились в 1991 году, и с тех пор их конструкция принципиально не менялась: жесткий корпус, жидкий горючий электролит, уязвимость к повреждениям. Разработка Berkeley — это не просто улучшение, а смена парадигмы. Если удастся повысить плотность энергии, такие батареи могут полностью изменить дизайн носимой электроники. Как отмечает профессор Лин, сам ремешок умных часов, изготовленный из такого геля, может стать аккумулятором, увеличив время автономной работы с одного дня до недели за счет большей площади.