Dehnfähige Batterien: Die Zukunft der tragbaren Technologie antreiben
Dehnfähige Batterien für tragbare Geräte
Die Welt der Technologie entwickelt sich rasant weiter, und tragbare Geräte werden immer beliebter. Von Smartwatches bis hin zu Fitness-Trackern bieten diese Geräte eine Reihe von Funktionen, die unser Leben einfacher und komfortabler machen. Eine der größten Herausforderungen für tragbare Technologien ist jedoch die Haltbarkeit. Herkömmliche Batterien sind nicht dafür ausgelegt, den Belastungen des täglichen Gebrauchs standzuhalten, was zu vorzeitigem Ausfall führen kann.
Flexible Elektronik für tragbare Technologien
Forscher arbeiten an der Entwicklung neuer Arten von Batterien, die flexibler und haltbarer sind und den Anforderungen tragbarer Geräte besser gerecht werden können. Ein vielversprechender Ansatz besteht darin, dehnbare Materialien im Batterie-Design zu verwenden. Dehnenbare Batterien können gedehnt und verdreht werden, ohne ihre Fähigkeit zu verlieren, Strom zu speichern und abzugeben, wodurch sie sich ideal für tragbare Geräte eignen, die gebogen, verdreht und anderen Arten von Verformungen ausgesetzt sind.
Langlebige und wiederaufladbare Batterien für Wearables
Ein aktueller Durchbruch in der Technologie dehnbarer Batterien wurde in der Zeitschrift Nature Communications veröffentlicht. Forscher der University of Illinois, der Northwestern University und anderen Instituten haben eine dünne, flexible Batterie entwickelt, die auf 300 % ihrer ursprünglichen Größe gedehnt werden kann und dennoch Strom liefert. Die Batterie besteht aus einem dehnbaren Polymersubstrat, auf das kleine Lithium-Ionen-Batterien gedruckt und durch lange, S-förmige Drähte verbunden sind. Wenn das Polymer gedehnt wird, wirken die Drähte wie Federn und dehnen sich aus, um eine größere Distanz zu überwinden, bis sie vollständig gespannt sind.
Lithium-Ionen-Batterien für dehnbare Elektronik
Lithium-Ionen-Batterien sind der heute am häufigsten verwendete Batterietyp in der Elektronik und bieten gegenüber anderen Batterietypen eine Reihe von Vorteilen. Sie sind leicht, haben eine hohe Energiedichte und können mehrfach wiederaufgeladen werden. Herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien sind jedoch nicht sehr flexibel, was sie für den Einsatz in dehnbaren Geräten ungeeignet macht.
Die von den Forschern der University of Illinois und der Northwestern University entwickelte dehnbare Batterie verwendet ein neues Design, das es der Batterie ermöglicht, sich zu dehnen und zu verformen, ohne die Lithium-Ionen-Zellen zu beschädigen. Die Batterie besteht aus einem dehnbaren Polymersubstrat, auf das kleine Lithium-Ionen-Batterien gedruckt und durch lange, S-förmige Drähte verbunden sind. Wenn das Polymer gedehnt wird, wirken die Drähte wie Federn und dehnen sich aus, um eine größere Distanz zu überwinden, bis sie vollständig gespannt sind.
Dehnbares Polymer für die Batteriespeicherung
Das in der Batterie verwendete dehnbare Polymersubstrat besteht aus einem Material namens Polyimid. Polyimid ist ein Hochleistungspolymer, das für seine Festigkeit, Flexibilität und Beständigkeit gegen Hitze und Chemikalien bekannt ist. Es wird häufig in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, darunter flexible Elektronik, Luft- und Raumfahrt und medizinische Geräte.
S-förmige Drähte für dehnbares Batteriedesign
Die in der Batterie verwendeten S-förmigen Drähte bestehen aus einer Metalllegierung namens Nitinol. Nitinol ist eine Formgedächtnislegierung, das heißt, sie kann sich an ihre ursprüngliche Form erinnern und nach einer Verformung wieder in diese zurückkehren. Diese Eigenschaft macht Nitinol ideal für den Einsatz in dehnbaren Geräten, da sie es den Drähten ermöglicht, sich zu dehnen und zu verformen, ohne ihre Fähigkeit zu verlieren, Strom zu leiten.
Kabelloses Laden für dehnbare Batterien
Neben der Dehnbarkeit und Haltbarkeit kann die von den Forschern der University of Illinois und der Northwestern University entwickelte Batterie auch kabellos aufgeladen werden. Dies ist ein großer Vorteil für tragbare Geräte, da es die Notwendigkeit sperriger Ladekabel und Anschlüsse eliminiert. Die Batterie kann kabellos mit induktiven Spulen aufgeladen werden, die einfach mit der Batterie in Kontakt gebracht werden.
Induktive Spulen für das Aufladen tragbarer Batterien
Induktive Spulen sind eine Art Transformator, der Energie drahtlos über kurze Distanzen übertragen kann. Sie werden häufig in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, darunter kabelloses Laden, RFID-Tags und Metalldetektoren. In der dehnbaren Batterie werden die induktiven Spulen verwendet, um Energie von einer Stromquelle auf die Batterie zu übertragen.
Anwendungen für dehnbare Batterien in tragbaren Geräten
Die von den Forschern der University of Illinois und der Northwestern University entwickelte dehnbare Batterie hat ein breites Anwendungsspektrum in tragbaren Geräten. Sie könnte verwendet werden, um alles von faltbaren Smartphone-Uhren bis hin zu biologischen Implantaten wie Herzschrittmachern zu betreiben.
Mögliche Anwendungen für dehnbare Batterien in Gesundheit und Wellness
Eine der vielversprechendsten Anwendungen für dehnbare Batterien liegt im Bereich Gesundheit und Wellness. Dehnenbare Batterien könnten verwendet werden, um tragbare Geräte zu betreiben, die Vitalfunktionen überwachen, Fitnessaktivitäten aufzeichnen und medizinische Behandlungen anbieten. Beispielsweise könnten dehnbare Batterien verwendet werden, um implantierbare Geräte mit Strom zu versorgen, die Medikamente abgeben oder Nerven stimulieren.
Fazit
Die Entwicklung dehnbarer Batterien ist ein großer Durchbruch im Bereich der tragbaren Technologie. Dehnenbare Batterien bieten gegenüber herkömmlichen Batterien eine Reihe von Vorteilen, darunter ihre Flexibilität, Haltbarkeit und die Möglichkeit, kabellos aufgeladen zu werden. Daher haben dehnbare Batterien das Potenzial, die Art und Weise, wie wir tragbare Geräte nutzen, zu revolutionieren und neue Möglichkeiten für Anwendungen im Bereich Gesundheit und Wellness zu eröffnen.