Vetenskap

Sträckbara batterier: Framtidens bärbara teknik

Sträckbara batterier för bärbara prylar

Teknikens värld utvecklas snabbt och bärbara prylar blir allt populärare. Från smarta klockor till fitnessmätare erbjuder dessa enheter en rad funktioner som gör våra liv enklare och bekvämare. En av de största utmaningarna för bärbar teknik är dock hållbarheten. Traditionella batterier är inte utformade för att klara påfrestningarna av daglig användning, vilket kan leda till för tidigt fel.

Flexibel elektronik för bärbar teknik

Forskare arbetar med att utveckla nya typer av batterier som är mer flexibla och hållbara och som bättre kan uppfylla kraven för bärbara enheter. Ett lovande tillvägagångssätt är att använda töjbara material i batteridesign. Sträckbara batterier kan töjas och formas utan att förlora sin förmåga att lagra och leverera ström, vilket gör dem idealiska för användning i bärbara enheter som utsätts för böjning, vridning och andra typer av deformation.

Hållbara och uppladdningsbara batterier för bärbara enheter

Ett nytt genombrott inom sträckbar batteriteknik tillkännagavs i tidskriften Nature Communications. Forskare från University of Illinois, Northwestern University och andra har utvecklat ett tunt, flexibelt batteri som kan töjas till 300 % av sin ursprungliga storlek och ändå ge ström. Batteriet är tillverkat av ett töjbart polymersubstrat tryckt med små litiumjonbatterier och anslutet med långa, S-formade ledningar. När polymeren töjs fungerar trådarna som fjädrar och sträcker sig ut för att täcka mer avstånd tills de blir helt spända.

Litiumjonbatterier för töjbar elektronik

Litiumjonbatterier är den vanligaste typen av batteri som används i elektronik idag, och de erbjuder ett antal fördelar jämfört med andra typer av batterier. De är lätta, har en hög energitäthet och kan laddas om flera gånger. Traditionella litiumjonbatterier är dock inte särskilt flexibla, vilket gör dem olämpliga för användning i töjbara enheter.

Det töjbara batteriet som utvecklats av forskarna vid University of Illinois och Northwestern University använder en ny design som gör att batteriet kan sträckas och formas utan att skada litiumjoncellerna. Batteriet är tillverkat av ett tunt, flexibelt polymersubstrat tryckt med små litiumjonbatterier och anslutet med långa, S-formade ledningar. När polymeren töjs fungerar trådarna som fjädrar och sträcker sig ut för att täcka mer avstånd tills de blir helt spända.

Töjbart polymer för batterilagring

Det töjbara polymersubstratet som används i batteriet är tillverkat av ett material som kallas polyimid. Polyimid är en högpresterande polymer som är känd för sin styrka, flexibilitet och motståndskraft mot värme och kemikalier. Den används vanligtvis i en mängd olika tillämpningar, inklusive flexibel elektronik, flygindustri och medicintekniska produkter.

S-formade ledningar för töjbar batteridesign

De S-formade ledningarna som används i batteriet är gjorda av en metalllegering som kallas nitinol. Nitinol är en formminneslegering, vilket innebär att den kan komma ihåg sin ursprungliga form och återgå till den efter att ha deformerats. Denna egenskap gör nitinol idealisk för användning i töjbara enheter, eftersom det gör att trådarna kan sträckas och formas utan att förlora sin förmåga att leda elektricitet.

Trådlös laddning för töjbara batterier

Förutom att det är töjbart och hållbart kan batteriet som utvecklats av forskarna vid University of Illinois och Northwestern University också laddas trådlöst. Detta är en stor fördel för bärbara enheter, eftersom det eliminerar behovet av skrymmande laddningskablar och kontakter. Batteriet kan laddas trådlöst med hjälp av induktiva spolar, som helt enkelt placeras i kontakt med batteriet.

Induktiva spolar för laddning av bärbara batterier

Induktiva spolar är en typ av transformator som kan överföra energi trådlöst över korta avstånd. De används vanligtvis i en mängd olika tillämpningar, inklusive trådlös laddning, RFID-taggar och metalldetektorer. I det töjbara batteriet används de induktiva spolarna för att överföra energi från en strömkälla till batteriet.

Tillämpningar för töjbara batterier i bärbara enheter

Det töjbara batteriet som utvecklats av forskarna vid University of Illinois och Northwestern University har ett brett spektrum av potentiella tillämpningar i bärbara enheter. Det skulle kunna användas för att driva allt från böjbara smartklockor till biologiska implantat som pacemakers.

Potentiella användningsområden för töjbara batterier inom hälsa och välbefinnande

En av de mest lovande tillämpningarna för töjbara batterier är inom hälsa och välbefinnande. Sträckbara batterier skulle kunna användas för att driva bärbara enheter som övervakar vitala tecken, spårar fitnessaktivitet och tillhandahåller medicinsk behandling. Till exempel skulle töjbara batterier kunna användas för att driva implanterbara enheter som levererar medicin eller stimulerar nerver.

Slutsats

Utvecklingen av töjbara batterier är ett stort genombrott inom bärbar teknik. Sträckbara batterier erbjuder ett antal fördelar jämfört med traditionella batterier, inklusive deras flexibilitet, hållbarhet och förmåga att laddas trådlöst. Som ett resultat har töjbara batterier potential att revolutionera hur vi använder bärbara enheter och öppna upp nya möjligheter för hälso- och välbefinnandeapplikationer.