Американские ученые разработали новую высокотехнологичную краску, нанеся которую на любую поверхность можно получить аккумуляторную батарею, обладающую характеристиками, схожими с характеристиками современных аккумуляторов. Современные аккумуляторы, изготовленные по литий-ионным или литий-полимерным технологиям уже имеют достаточно компактные размеры, но их упаковка всегда имеет прямоугольную и цилиндрическую форму, что существенно ограничивает возможности разработчиков электронной аппаратуры и устройств.
Исследователи из университета Райс в Хьюстоне, Техас, разработали технологию, как «размельчить» каждый элемент традиционной аккумуляторной батареи и смешать полученный порошок с жидкостью, которую можно наносить слоями на поверхность любой формы подобно краске из баллончика или пульверизатора. «Это означает, что аккумуляторы в стандартной упаковке уступают место более гибкому подходу, который подойдет ко всем видам конструкции и дизайна, предоставляя широкие возможности для миниатюрных систем хранения и обработки данных» — рассказывает Пуликель Аджаян (Pulickel Ajayan), ученый, возглавлявший команду.
Новая аккумуляторная батарея делается методом последовательного нанесения слоев на поверхность, каждый такой слой является компонентом традиционного аккумулятора, два электрода, катод и анод, и полимерный диэлектрик, разделяющий электроды. Исследователи подтвердили, что аккумуляторные батареи, нанесенные на поверхность вручную, имеют почти одинаковые характеристики, отличающиеся друг от друга не более чем на 10 процентов. Испытания показали, что аккумуляторы могут выдержать 60 циклов зарядки и разряда практически без потерь электрической емкости и других характеристик.
Как уже говорилось выше новый аккумулятор состоит из нескольких слоев, выполняющих разные функции. Первый слой является смесью углеродных нанотрубок с мельчайшими частичками сажи, замешанной на органическом растворителе N-methylpyrrolidone. Этот слой выполняет роль токопроводящей подложки, наносимой первой на любую, токопроводящую или диэлектрическую поверхность.
Второй слой является катодом аккумуляторной батареи. «Краска» для этого слоя состоит из окиси лития-кобальта, углерода в виде сверхтонкого графитного порошка. Третьим слоем является слой полимерного диэлектрика, состоящего из смеси резины Kynar Flex, полимера PMMA и частиц диоксида кремния, замешанной на этаноле. Четвертым слоем является анод, отрицательный электрод аккумулятора, который состоит из смеси окиси лития и титана, а заключительный слой является еще одним токопроводящим слоем, сделанным с помощью токопроводящей медной краски, растворенной в этаноле.
Слои аккумуляторной батареи наносятся на керамику, стекло и на металл, поверхность которых может иметь любую сложную форму. Единственная трудность, с которой сталкиваются при изготовлении таких батарей — это нанесение слоя жидкого электролита, который должен наноситься в сухой окружающей среде, не содержащей кислорода. Но сейчас исследователи активно ищут новые компоненты, использование которых позволит наносить слои аккумуляторных батарей прямо под открытым небом, что позволит сделать производственный процесс более универсальным и более жизнеспособным с коммерческой точки зрения.
Для проверки работоспособности аккумуляторных батарей исследователи нанесли их на шесть керамических плиток, используемых для облицовки ванных комнат. Соединенные между собой в единую батарею, которая затем была заряжена до максимума, эти керамические плитки снабжали энергией несколько светодиодов, выдавая стабильное напряжение 2.4 В в течение шести часов времени.
Исследователи считают, что такая технология может быть объединена с технологией солнечных батарей, что позволит любой поверхности самостоятельно вырабатывать электрическую энергию и хранить ее достаточно длительное время.
Источник: