Для воплощения фантастических прогнозов о гибкой и прозрачной карманной электронике необходимо, чтобы свет проходил сквозь все компоненты устройства, начиная с экрана и заканчивая аккумуляторами. Именно последние и удалось сделать прозрачными специалистам из Стэндфорда.
Как и его экспериментальные японские предшественники, новый аккумулятор в качестве основы использует тонкую полимерную плёнку. В данном случае — полидиметилсилоксан (PDMS). Но этот полимер не проводит ток, а значит, нужно было нарастить проводящий слой.
Но помимо контактов и электродов в обычной литиевой батарее имеется немало других компонентов, непрозрачных для света. Авторы новой технологии сумели обойти все эти препятствия, заменив где можно непрозрачные детали на пропускающие свет, а где это было невозможно — просто уменьшив толщину компонентов.
«Если предмет меньше 50 микрометров, вашим глазам покажется, что он прозрачен», — объясняет Юань Ян (Yuan Yang), автор идеи прозрачного литиевого аккумулятора и один из создателей этой батареи.
Итак, исследователи взяли PDMS, расплавили его и для создания рядов неглубоких канавок залили в кремниевую формочку шириной всего 35 микрометров (это меньше предела разрешения человеческого зрения).
В эти углубления были последовательно добавлены пары металла, которые сконденсировались в тонкие (незаметные на глаз) проводящие дорожки, а ещё учёные добавили туда же несколько капель активных веществ, необходимых для формирования электродов.
Между двумя слоями таких электродов Юань поместил электролит-гель, но тоже не вполне обычный. Учёный модифицировал его так, что тот смог выполнять функции и электролита, и сепаратора.
Один такой бутерброд из геля, тончайших проводников и полимерных стенок представляет собой единичную батарейку. Для повышения мощности устройства можно сложить вместе несколько подобных ячеек.
Тесты показали, что один литиевый сэндвич обладает прозрачностью в видимом свете в 62%. Но даже три слоя-батарейки, наложенные друг на друга, продемонстрировали суммарное светопропускание в 60%.
Плотность упаковки энергии в новых батареях уступает классическим литиевым и может быть сопоставима с никель-кадмиевыми (авторы сообщают о 10 ватт-часах на литр объёма, включая упаковку). При этом дальнейшие опыты, уверены в Стэнфордском университете, помогут улучшить удельные показатели таких аккумуляторов.
В серийном производстве, по оценке создателей, прозрачные литиевые аккумуляторы окажутся не дороже обычных литиево-ионных батарей.
(Детали работы изложены в пресс-релизе университета и статье в PNAS.)
Никто пока не комментировал эту страницу.