Le batterie flessibili sono essenziali per l’elettronica flessibile, che sta guadagnando popolarità, in particolare nei monitor per la salute indossabili. La ricerca, pubblicata su ACS Energy Letters, descrive una batteria con componenti totalmente estensibili, inclusi gli elettrodi e lo strato di elettrolita, che conserva la sua capacità di immagazzinamento di energia dopo numerosi cicli di carica e scarica.
Per realizzare una batteria veramente malleabile, ogni componente, dagli elettrodi che raccolgono la carica allo strato di elettrolita che bilancia la carica, deve essere elastico. I prototipi di batterie estensibili finora avevano mostrato una moderata elasticità, processi di assemblaggio complessi o una capacità di immagazzinamento energetico limitata, specialmente con il ripetuto carico e scarico. Questi problemi derivano spesso da una connessione debole tra lo strato di elettrolita e gli elettrodi o dall’instabilità dell’elettrolita fluido, che può spostarsi quando la batteria cambia forma.
Per superare questi ostacoli, Wen-Yong Lai e i suoi collaboratori hanno optato per integrare l’elettrolita in uno strato polimerico fuso tra due film di elettrodi flessibili, creando una batteria completamente solida ed estensibile. Hanno spalmato un sottile film di pasta conduttiva contenente nanofili d’argento, nero di carbonio e materiali di catodo o anodo a base di litio su una piastra. Sopra questa pasta, hanno applicato una strato di polidimetilsilossano, un materiale flessibile usato comunemente nelle lenti a contatto. Successivamente, hanno aggiunto un sale di litio, un liquido altamente conduttivo e gli ingredienti per formare un polimero estensibile.
Attivati dalla luce, questi componenti si sono combinati formando uno strato solido e gommoso, capace di estendersi fino al 5000% della sua lunghezza originale e di trasportare ioni di litio. Infine, il tutto è stato coperto con un altro film di elettrodo e sigillato in un rivestimento protettivo.
Confrontando il design della batteria estensibile solida con un dispositivo simile dotato di un elettrolita liquido tradizionale, la nuova versione ha mostrato una capacità di carica media circa sei volte superiore a un tasso di carica rapida. Inoltre, la batteria solida ha mantenuto una capacità più stabile operando durante 67 cicli di carica e scarica. In altri prototipi con elettrodi solidi, l’elettrolita polimerico ha mantenuto un funzionamento stabile per oltre 1000 cicli, con una riduzione della capacità solo dell’1% nei primi 30 cicli, rispetto al 16% di calo per l’elettrolita liquido.
Questo nuovo approccio alla creazione di batterie completamente estensibili e solide potrebbe rappresentare un importante passo avanti per dispositivi indossabili o impiantabili che necessitano di flettersi e muoversi con il corpo.