محققان باتری مایع شکل‌پذیر برای الکترونیک‌های انعطاف‌پذیر توسعه دادند!
دانشمندان دانشگاه لینک‌پینگ یک باتری نرم و پیشرفته با الکترودهای مایع ایجاد کرده‌اند که قادر به شکل‌گیری در هر ظاهری است. این نوآوری می‌تواند تغییرات عمده‌ای در فناوری‌های پوشیدنی و تعبیه‌شده آینده ایجاد کند. این تحقیقات در مجله Science Advances منتشر شده و منبع انرژی نرم و انعطاف‌پذیری را معرفی می‌کند که می‌تواند طراحی و ادغام دستگاه‌های الکترونیکی را متحول کند.
ایمان رحمانودین، استاد یار دانشگاه لینک‌پینگ، در این باره گفت: “نسخه‌ی بافتی این باتری به نوعی شبیه خمیردندان است. این ماده می‌تواند در پرینترهای سه‌بعدی برای شکل‌دهی به باتری به دلخواه استفاده شود. این موضوع زمینه‌ساز یک نوع فناوری جدید است.”
این نوآوری در شرایطی ارائه شده است که پیش‌بینی می‌شود بیش از یک تریلیون دستگاه در عرض یک دهه به اینترنت متصل شوند. این شامل دستگاه‌های الکترونیکی معمولی مانند تلفن‌های هوشمند و ساعت‌های هوشمند به همراه تجهیزات پزشکی پوشیدنی مانند پمپ‌های انسولین، ضربان‌سازها، سمعک‌ها و حسگرهای نظارت بر سلامت است.
در درازمدت، کاربردها ممکن است شامل رباتیک نرم، پارچه‌های الکترونیکی و دستگاه‌های عصبی کاشته‌شده شود. برای حمایت از این رشد، فناوری باتری باید تحول یابد. ایمان رحمانودین می‌گوید: “باتری‌ها بزرگترین جزء تمام الکترونیک‌ها هستند. امروزه آنها جامد و نسبتاً حجیم هستند. اما با یک باتری نرم و قابل انطباق، هیچ محدودیت طراحی وجود ندارد. این باتری می‌تواند به طور کاملاً متفاوتی به الکترونیک‌ها ادغام شود و به کاربر انطباق پیدا کند.”
رحمانودین و همکارانش با همکاری آزمایشگاه الکترونیک‌های آلی (LOE)، یک باتری کششی و متناسب با فرم بدن ایجاد کردند که با تبدیل الکترودهای جامد به حالت مایع به دست آمد. تلاش‌های قبلی برای توسعه باتری‌های کششی به ویژگی‌های مکانیکی مانند ترکیبات لاستیکی یا تماس‌های لغزنده متکی بود، اما مشکل اصلی سختی ناشی از الکترودهای ضخیم را حل نکرد.
رحمانودین افزود: “اینجا ما این مشکل را حل کرده‌ایم و ما اولین کسانی هستیم که نشان می‌دهیم ظرفیت مستقل از سختی است.”
تلاش‌های قبلی در زمینه الکترودهای مایع، معمولاً از فلزات مایع مانند گالیوم استفاده می‌کردند که با موفقیت محدودی مواجه شدند. این مواد معمولاً تنها به عنوان آند عمل می‌کردند و در طول چرخه‌های شارژ خطر جامد شدن داشتند. بعلاوه، بسیاری از باتری‌های انعطاف‌پذیر قبلی به مواد نادر با هزینه‌های محیطی قابل توجهی وابسته بودند.
در مقابل، محققان لینک‌پینگ باتری خود را بر اساس پلاستیک‌های رسانا—به‌ویژه، پلیمرهای کنژوگه و لیگنین، که یک محصول جانبی از تولید کاغذ است، پایه‌گذاری کردند. نتیجه یک باتری قابل شارژ است که عملکرد خود را در طول 500 چرخه حفظ کرده و می‌تواند تا دو برابر طول اولیه خود کشیده شود بدون اینکه عملکردش کاهش یابد.
محسن محمدی، پژوهشگر فوق دکترا در LOE و یکی از نویسندگان اصلی این مطالعه، می‌گوید: “از آنجایی که مواد موجود در باتری پلیمرهای کنژوگه و لیگنین هستند، مواد خام فراوان هستند. با استفاده مجدد از یک محصول جانبی مانند لیگنین به عنوان ماده‌ای با ارزش بالا همچون ماده باتری، ما به یک مدل دایره‌ای‌تر کمک می‌کنیم. بنابراین، این یک جایگزین پایدار است.”
چالش بعدی افزایش ولتاژ باتری است. رحمانودین بیان کرد: “این باتری کامل نیست. ما نشان داده‌ایم که این مفهوم کار می‌کند اما عملکرد آن نیاز به بهبود دارد. ولتاژ در حال حاضر 0.9 ولت است. بنابراین اکنون به دنبال استفاده از ترکیبات شیمیایی دیگر برای افزایش ولتاژ هستیم. یکی از گزینه‌هایی که در حال بررسی هستیم، استفاده از روی یا منگنز، دو فلزی است که در پوسته زمین رایج هستند.”
