Bir pil düşündüğünüzde, muhtemelen esnek olduğunu düşünmezsiniz. Ancak pillerin, giyilebilir sağlık monitörleri için ivme kazanan esnek elektroniklere dahil edilmesi için bu şekil değiştirme özelliğine ihtiyacı olacak. ACS Energy Letters’daki araştırmacılar yüzde 5000 oranında genişleyebilen bir elektrolit tabakası da dahil olmak üzere tamamen esnek bileşenlere sahip bir lityum iyon pil bildiriyor ve yaklaşık 70 şarj/deşarj döngüsünden sonra şarj depolama kapasitesini koruyor.
Tamamen esnek lityum iyon pil
Bükülüp esneyebilen elektronik cihazların benzer özelliklere sahip pillere ihtiyacı var. Bu tür pilleri üretmeye çalışan araştırmacıların çoğu, bunları dokunmuş iletken kumaşlardan veya origamiye benzer şekilde genişletilebilir şekillere katlanmış sert bileşenlerden oluşturdu. Ancak gerçek anlamda esnek bir pil için, yükü toplayan elektrotlar ve yük dengeleyici orta elektrolit tabakası dahil her parçanın elastik olması gerekiyor.
Gerçekten esnek pil prototipleri şu ana kadar orta düzeyde esnekliğe, karmaşık montaj süreçlerine veya özellikle tekrarlanan şarj ve deşarjlarla zamanla sınırlı enerji depolama kapasitesine sahipti. İkincisi, elektrolit tabakası ile elektrotlar arasındaki bağlantının zayıf olmasından veya pilin şekli değiştiğinde hareket edebilen sıvı elektrolitin kararsızlığından kaynaklanabilir.
Bu nedenle Wen-Yong Lai ve iş arkadaşları sıvı kullanmak yerine, elektroliti iki esnek elektrot filmi arasına kaynaştırılmış bir polimer tabakasına dahil ederek tamamen katı ve esnek bir pil oluşturmak istediler. Ekip, tam elastik pil için elektrotları yapmak amacıyla, gümüş nanoteller, karbon siyahı ve lityum bazlı katot veya anot malzemeleri içeren ince bir iletken macun tabakasını bir plaka üzerine yaydı.
Daha sonra macunun üstüne, kontakt lenslerde yaygın olarak kullanılan esnek bir madde olan polidimetilsiloksan tabakası uygulandı. Araştırmacılar, doğrudan bu filmin üzerine, yüksek iletkenliğe sahip bir sıvı olan lityum tuzu ve esnek bir polimer oluşturmak için gereken malzemeleri eklediler. Işıkla aktive edildiğinde bu bileşenler birleşerek orijinal uzunluğunun yüzde 5000’ine kadar uzayabilen ve lityum iyonlarını taşıyabilen katı, kauçuksu bir tabaka oluşturuyor. Son olarak, yığının üstü başka bir elektrot filmiyle kapatıldı ve tüm cihaz koruyucu bir kaplamayla kapatıldı.