מעוצב כמו עמוד שדרה, עיצוב חדש מאפשר גמישות יוצאת דופן, צפיפות אנרגיה גבוהה ומתח יציב לא משנה איך הוא מכופף או מעוות
מגמת האלקטרוניקה הגמישה והלבישה עולה במהירות. שעונים חכמים, זכוכית חכמה, חיישנים ותצוגות גמישות - כמו טלפונים חכמים, טאבלטים וטלוויזיות וכו '. לביקוש זה גדל גם הסוללה הגמישה עם ביצועים גבוהים. עד כה החוקרים מתמודדים עם בעיות להשיג גם גמישות וגם צפיפות אנרגיה גבוהה בסוללות ליתיום-יון.
יואן יאנג עוזר פרופסור למדעי חומרים והנדסה במחלקה לפיזיקה שימושית ומתמטיקה בקולומביה הנדסה וצוותו פיתחו אב טיפוס המסוגל להתמודד עם אתגרים אלה. צוות יואן עיצב את טיפוס הסוללה הגמיש שלהם כמו עמוד השדרה האנושי המאפשר גמישות מדהימה עם צפיפות אנרגיה גבוהה, וגם מספק מתח יציב גם לא משנה איך הוא מעוות או מכופף.
"צפיפות האנרגיה של האב-טיפוס שלנו היא מהגבוהות שדווחו עד כה," אומר יאנג. "פיתחנו גישה פשוטה וניתנת להרחבה לייצור סוללת ליתיום יון דמוי עמוד שדרה בעלת תכונות אלקטרוכימיות ומכניות מצוינות. העיצוב שלנו הוא מועמד מבטיח מאוד כסוללת ליתיום-יון מסחרית מהדור הראשון. אנו מייעלים כעת את העיצוב ומשפרים את ביצועיו. "
צוות יואן בהשראת התנועה הגמישה של עמוד השדרה תוך כדי פעילות גופנית בחדר הכושר. עמוד שדרה אנושי הוא מאוד גמיש וחזק מכנית. יואן השתמש במודל עמוד השדרה כדי לבנות את הסוללה באותו עיצוב. לאב-טיפוס יש קטע רחב ומוצק המסוגל לאגור אנרגיה על ידי סיבוב האלקטרודות סביב חלק גמיש דק המחבר את האלקטרודות יחד. לפי תכנון עמוד השדרה האנושי, האלקטרודות מייצגות "חוליות" וחלק גמיש מייצג "מוח".
"מכיוון שנפח החלק של האלקטרודה הנוקשה גדול משמעותית מחיבור הגומלין הגמיש, צפיפות האנרגיה של סוללה גמישה שכזו יכולה להיות גדולה מ- 85 אחוז מסוללה באריזה מסחרית סטנדרטית," מסביר יאנג. "בגלל השיעור הגבוה של החומרים הפעילים במבנה כולו, הסוללה שלנו כמו עמוד השדרה מציגה צפיפות אנרגיה גבוהה מאוד - גבוהה יותר מכל דיווחים אחרים שאנו מודעים להם. הסוללה גם שרדה בהצלחה מבחן עומס מכני דינמי קשה בגלל העיצוב הרציונלי שלנו בהשראת ביו. "
הצוות של יואן הפריד בין האנודה / מפריד / קתודה / מפריד לרצועות ארוכות עם "ענפים" מרובים המשתרעים 90 מעלות מ"עמוד השדרה ". ואז הם מקיפים כל ענף סביב עמוד השדרה ויוצרים ערימות עבות לאחסון אנרגיה, כמו חוליות בעמוד השדרה. בשל העיצוב הייחודי הזה, צפיפות האנרגיה של הסוללה מוגבלת רק באחוז האורך של ערימות דמויי חוליות בהשוואה לכל אורך המכשיר, שיכול להגיע בקלות ליותר מ -90 אחוז.
בבדיקת האב-טיפוס ברכיבה על אופניים הם מצאו מתאר מתח יציב ואישרו את היציבות המכנית של האב-טיפוס שלהם. הם גם כיוונו וסובבו אותו גם לאחר הפריקה, אך העיצוב מושלם כי הוא לא השפיע על מתווה המתח. הבדיקה מתבצעת על ידי הצבת הסוללה עם צפיפות זרם גבוהה יותר ושמירת הקיבולת גבוהה גם היא (84 אחוזים ב- 3C, הטעינה ב -1 / 3 שעה). אב הטיפוס עבר גם את מבחן העומס המכני הדינמי.
"העיצוב דמוי עמוד השדרה שלנו הוא הרבה יותר חזק מכנית מאשר העיצובים המקובלים," אומר יאנג. "אנו צופים שהשיטה המדרגנית שלנו בהשראה ביולוגית לייצור סוללות ליתיום גמישות עשויה לקדם מאוד את המסחור של מכשירים גמישים."