АЛКАРС, для грузовых автомобилей грузовые масла в москве.
Сахар-рафинад помог в создании эластичного аккумулятора
Схема методики

Рис. 1. Схематичное изображение этапов получения электропроводного эластичного композитного материала, состоящего из полидиметилсилоксана и восстановленного оксида графена. Придающий электроду эластичность полидиметилсилоксан (PDMS) белый, его не проводящая электрический ток композиция с оксидом графена (GO) коричневая, при превращении оксида графена в восстановленный оксид графена (rGO) получающийся в результате композитный материал приобретает черную окраску. Рисунок из обсуждаемой статьи в Advanced Materials

Американские ученые разработали метод получения эластичных аккумуляторов, используя в качестве шаблона для получения гибких электродов — ключевых элементов электронных устройств — кубики сахара. Полученный таким образом натрий-ионный аккумулятор по своим электрохимическим свойствам не уступает литий-ионным. Это очень важно для использования в работе гибкой переносимой электроники. Однако до коммерциализации разработки необходимо выполнить ряд улучшений — продлить время его жизни, а также получить большие по размеру и емкости источники питания.

Все мы практически каждый день используем литий-ионные батарейки и аккумуляторы. Хороши они практически всем, но только вот в последнее время ходят разговоры о том, что в ближайшие два десятилетия лития просто не будет хватать на изготовление таких устройств. Лития в земной коре гораздо меньше чем другого щелочного металла — натрия. Поэтому было бы здорово заменить литий-ионные источники питания на натрий-ионные. В их разработке уже достигнуты значительные успехи, однако до недавнего времени такие источники имели важный недостаток — им не хватало гибкости и эластичности своих литий-ионных аналогов. Эластичные батареи и аккумуляторы необходимы для обеспечения работы гибкой носимой электроники — накожных датчиков определения физического состояния, медицинских имплантатов или гибких смартфонов. Исследователям из Техаса недавно удалось получить гибкий и эластичный натрий-ионный аккумулятор.

Американские химики разработали метод, в котором гибкие электроды получали в несколько стадий, причем создавать электроды исследователям помогали обычные кубики сахара-рафинада. Оказалось, что материал, который нам привычнее видеть на кухне, позволяет сделать электроды с нужным размером, формой и пористостью. На первом этапе получали гибкую и эластичную основу электрода. Для этого кубик сахара помещали в чашку Петри, содержащую гель эластичного кремнийсодержащего полимера — полидиметилсилоксана. Затем чашку Петри помещали в нагретую вакуумную камеру, где за счет капиллярного эффекта гель проникал в поры кусочка сахара, и полимер формировал губку, повторяющую структуру пустот в кубике сахара. Затем избавлялись от сахара, просто погружая пропитанный полимером рафинад в дистиллированную воду, в которой сахар растворялся, а полимер — нет.

На втором этапе поры полимерной губки заполняли оксидом графена, который на третьем этапе восстанавливали с помощью иодоводорода до электропроводной восстановленной формы. За степенью готовности полимерного электрода можно было следить, просто наблюдая за цветом композиции полимера и производных графена: непроводящий композитный материал из полидиметилсилоксана и оксида графена коричневый, при восстановлении оксида графена и превращении композиции в проводник коричневый цвет переходит в черный (рис. 1).

Как оказалось, такой подход позволил получить материал с необходимой комбинацией эластичности, механической прочности, быстротой транспорта ионов натрия, нужных для создания электрического тока, и емкости. Испытания показали, что полностью заряженный аккумулятор с электродами, полученными с помощью сахара, может растянуться на 50% от своей исходной длины, причем способность к растяжению определяется исключительно механическими свойствами полидиметилсилоксана.

Ожидается, что модификация кремнийсодержащего полимера или получение нанокомпозитного материала на основе другого эластомера позволит увеличить эластичность электродов и, следовательно, аккумулятора. Что же касается электрохимической производительности нового аккумулятора, то она вполне может соперничать с параметрами, характерными для уже известных гибких источников питания, которые преимущественно представляют собой литий-ионные аккумуляторы.

Рабочий прототип аккумулятора сохраняет 90% своей емкости после ста циклов, каждый из которых заключается в растяжении аккумулятора на максимально возможную длину и возвращении в исходное состояние. Исследователи закрепили новый источник питания на локтевом бандаже и показали, что под каким углом бы человек, выполняющий физические упражнения, ни держал руку, натрий-ионный аккумулятор подает энергию на светоизлучающий диод, заставляя его светиться (рис. 2).

Тест гибкого аккумулятора
Рис. 2. Фотографии эластичного натрий-ионного аккумулятора, размещенного на локтевом бандаже. Как бы ни была согнута рука, аккумулятор поддерживает работу коммерческого светодиодного светильника. Рисунок из обсуждаемой статьи в Advanced Materials

Но до коммерциализации нового типа источника электрического тока еще необходимо внести в его конструкцию ряд улучшений — продлить время его жизни, а также получить большие по размеру и емкости источники питания. Есть надежда и на то, что предложенный подход к получению пористого композитного материала окажется полезным и для разработки гибких устройств, конвертирующих энергию возобновляемых источников в электроэнергию.

Источник: Hongsen Li, Yu Ding, Heinjoo Ha, Ye Shi, Lele Peng, Xiaogang Zhang, Cristopher J. Ellison, Guihua Yu. An all-stretchable-component sodium-ion full battery // Advanced Materials. 2017. DOI: 10.1002/adma.201700898.

Аркадий Курамшин

Read Full Article