من هواتفنا المحمولة إلى ساعاتنا الذكية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة ، نحن محاطون بأجهزة تعمل بالطاقة البطارية. اليوم ، تعتبر البطاريات مكونات صلبة ، ضخمة من تقنيتنا – ولكن ماذا لو كان يمكن أن تكون مرنة ومرنة وحتى قابلة للطباعة؟
احتضان هذه الفكرة ، طور الباحثون في السويد بطارية سائلة يمكن تشكيلها في أشكال مختلفة. كما تم تفصيلها في دراسة نشرت في 11 أبريل في مجلة Science ، فإن البطارية تستخدم الأقطاب الكهربائية – المواد الموصلة في البطاريات – في شكل سائل. يمهد الهيكل الناعم الجديد الطريق للتصميمات المبتكرة للتكنولوجيا التي تعمل بالبطارية في المستقبل.
“إن البطاريات هي أكبر مكون من جميع الإلكترونيات. إنها اليوم صلبة وضخمة للغاية. ولكن مع بطارية ناعمة ومتوافقة ، لا توجد قيود على التصميم. يمكن دمجها في الإلكترونيات بطريقة مختلفة تمامًا وتكييفها مع المستخدم”. “إن الملمس يشبه إلى حد ما معجون الأسنان. يمكن استخدام المادة ، على سبيل المثال ، في طابعة ثلاثية الأبعاد لتشكيل البطارية كما يحلو لك.”
وفقًا للبيان ، فإن المحاولات السابقة لتحقيق بطاريات ناعمة قابلة للامتداد تعتمد على ميزات ميكانيكية مثل الاتصالات المنزلق أو المواد النادرة المطلوبة ضارة بيئيًا للمعالجة. كان مفتاح نجاح الرحمنودين وزملاؤه هو تحويل الأقطاب الكهربائية إلى شكل سائل.
لفهم أهمية هذا الإنجاز ، من المهم أن تتذكر كيف تعمل البطاريات بالفعل. ببساطة ، تتكون بطارية كهروكيميائية من المعادن المختلفة ، أو الأقطاب الكهربائية: الأنود والكاثود. يؤدي التفاعل الكيميائي إلى تدفق الإلكترونات من الأنود إلى الكاثود – وهي عملية نسميها الكهرباء – والتي يمكنها القيام بالعمل أثناء تحركها ، مثل تشغيل مصباح أو جهاز. البطاريات الكبيرة لها قدرة كهربائية أكبر ، ولكنها أيضًا أكثر سمكًا – وبالتالي أكثر صلابة – الإلكترودات.
وقال الرحمنودين ، وهو أيضًا قائد أبحاث في مجموعة إلكترونيات ناعمة بجامعة لينكوكينغ في مختبر الإلكترونيات العضوية: “نحن أول من أظهر أن السعة مستقلة عن الصلابة”.
تعتمد المحاولات السابقة لتطوير أقطاب السوائل على المعادن السائلة التي ترددت في بعض الأحيان ، وفقًا للبيان. لتجاوز هذه المشكلات ، استخدم الفريق المواد البلاستيكية القادرة على إجراء الكهرباء – تسمى البوليمرات المترابطة – و Lignin ، منتج نفايات في إنتاج الورق. يمكن إعادة شحن البطارية الناتجة أكثر من 500 مرة ، حتى عندما تمتد إلى ضعف طولها الأصلي.
علاوة على ذلك ، “نظرًا لأن المواد الموجودة في البطارية هي البوليمرات واللجنين المترافق ، فإن المواد الخام وفيرة. من خلال إعادة تشكيل منتج ثانوي مثل اللجنين في سلعة عالية القيمة ، كما يقول موهسن محمد ، وهو مؤلف من الدراسات الدائرية و Postdoctoration من أجل الرابط. المضي قدمًا ، يأمل الفريق في تحسين الجهد الكهربائي للبطارية.
“لقد أظهرنا أن المفهوم يعمل ولكن يجب تحسين الأداء. والجهد حاليًا 0.9 فولت” ، أوضح الرحمنودين. للمقارنة ، تتراوح بطاريات AA القياسية بين 1.2 و 1.5 فولت ، وتعمل معظم الهواتف الذكية في ما بين 3.7 و 4.2 فولت. “لذلك سننظر الآن في استخدام المركبات الكيميائية الأخرى لزيادة الجهد”.
من خلال كسر القالب حرفيًا ، تفتح الدراسة الباب أمام عالم جديد تمامًا من إمكانيات التصميم للأجهزة التي تعمل بالبطاريات.