I ricercatori del laboratorio di elettronica organica hanno sviluppato una batteria morbida e malleabile. Si basa su materie plastiche conduttivi (polimeri coniugati) e lignina
Batterie estensibili che equilibrano la capacità e le prestazioni meccaniche.
Le batterie estensibili ad alta capacità sono cruciali per i dispositivi indossabili di prossima generazione co lo scopo di consentire il funzionamento a lungo termine e la conformabilità meccanica con l'utente umano. Negli attuali progetti per le batterie esistenti, l'aumento del materiale attivo per produrre una capacità più elevata spesso porta a elettrodi solidi più spessi e più rigidi con scarse proprietà meccaniche.
Ora, usando gli elettrodi in forma fluida, i ricercatori della Linköping University hanno sviluppato una batteria che può prendere qualsiasi forma. Questa batteria morbida e conforme può essere integrata nella tecnologia futura in un modo completamente nuovo. Il loro studio è stato pubblicato sulla rivista Science Advances (1).
«La trama è un po' come il dentifricio. Il materiale può, ad esempio, essere utilizzato in una stampante 3D per modellare la batteria come preferisci. Questo si apre per un nuovo tipo di tecnologia», afferma Aiman Rahmanudin (2), professore assistente presso la Linköping University.
Si stima che più di un trilione di gadget saranno connessi a Internet tra dieci anni. Oltre alla tecnologia tradizionale come telefoni cellulari, smartwatch e computer, ciò potrebbe comportare dispositivi medici indossabili come pompe di insulina, pacemaker, apparecchi acustici e vari sensori di monitoraggio della salute e a lungo termine anche robotica morbida, tessili elettronici e impianti nervosi connessi.
Se tutti questi gadget devono funzionare in modo da non ostacolare l'utente, è necessario sviluppare nuovi tipi di batterie.
Secondo il dottor Aiman Rahmanudin «Le batterie sono il componente più grande di tutta l'elettronica. Oggi sono solide e piuttosto ingombranti. Ma con una batteria morbida e conforme, non ci sono limiti di progettazione. Può essere integrata nell'elettronica in un modo completamente diverso e adattata all'utente».
Morbido e malleabile
Insieme ai suoi colleghi del laboratorio di elettronica organica, LOE, ha sviluppato una batteria morbida e malleabile. La chiave è stata un nuovo approccio: convertire gli elettrodi da una forma solida a un liquido.
Precedenti tentativi di fabbricazione di batterie morbide e estensibili si sono basati su diversi tipi di funzioni meccaniche, come materiali compositi gommosi che possono essere allungati o collegamenti che scivolano l'uno sull'altro.
Ma questo non si occupa del nucleo del problema: una batteria di grandi dimensioni ha una capacità più elevata, ma avere materiali più attivi significa elettrodi più spessi e quindi una rigidità più elevata.
«Qui, abbiamo risolto quel problema e siamo i primi a dimostrare che la capacità è indipendente dalla rigidità», afferma Aiman Rahmanudin.
Polimeri e lignina
I ricercatori del campus di Liu Norrköping hanno invece basato la loro batteria morbida su materie plastiche conduttive (polimeri coniugati) e lignina, un sottoprodotto della produzione di carta. La batteria può essere ricaricata e scaricata per oltre 500 volte e mantenerne le prestazioni. Può anche essere allungata per raddoppiare la lunghezza e funzionare comunque altrettanto bene.
«Poiché i materiali nella batteria sono polimeri coniugati e lignina, le materie prime sono abbondanti. Noi contribuiamo a un modello più circolare mediante il riutilizzo di un sottoprodotto come la lignina in un prodotto di alto valore come un materiale della batteria. Quindi, è un'alternativa sostenibile», afferma il dottor Mohsen Mohammadi (3), uno degli autori della ricerca.
Il prossimo passo sarà cercare di aumentare la tensione elettrica nella batteria. Secondo il dottor Aiman Rahmanudin, ci sono attualmente alcune limitazioni che andranno superate.
«La batteria non è perfetta. Abbiamo dimostrato che il concetto funziona, ma le prestazioni devono essere migliorate. La tensione è attualmente 0,9 volt. Quindi ora esamineremo l'uso di altri composti chimici per aumentare la tensione. Un'opzione che stiamo esplorando è l'uso di zinco o manganese, due metalli che sono comuni nella crosta della Terra», afferma Aiman Rahmanudin.
Lo studio è stato finanziato dalle seguenti istituzioni: Knut and Alice Wallenberg Foundation; Wallenberg Wood Science Center (WWSC); Initiative Materials Science for Sustainability (WISE), Vinnova; l'agenzia energetica svedese; il programma di carriera Zenith della Linköping University; Swedish Government’s strategic area advanced functional materials, AFM, presso la Linköping University.
Riferimenti:
(3) Mohsen Mohammadi
Descrizione foto: I ricercatori del laboratorio di elettronica organica hanno sviluppato una batteria morbida e malleabile. Si basa su materie plastiche conduttivi (polimeri coniugati) e lignina. - Credit: Thor Balkhed.
Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: A fluid battery that can take any shape