خم کردن وسایل الکترونیکی ممکن شد!
گروه ترجمه و تولید محتوا در بسپار / ایران پلیمر پژوهشگران دانشگاه ETH از مواد ارتجاعی برای تولید باتری‌هایی استفاده کردند که امکان خم شدن، کشش یا پیچش دارند. برای کاربردهایی مانند خم کردن وسایل الکترونیکی، این فناوری دقیقا همان چیزی است که نیاز داریم.
صنعت الکترونیک امروز به شدت بر طراحی و تولید رایانه‌ها و تلفن‌های هوشمندی تمرکز کرده است که قابل تاشدن یا لوله شدن هستند. لباس‌های هوشمند که از گجت‌های پوشیدنی یا حسگرها برای پایش عملکرد اعضای بدن استفاده می‌کنند، نمونه‌ای از این طراحی‌هاست. همه این تجهیزات به یک منبع انرژی نیاز دارند که معمولاً یک باتری لیتیوم- یونی است. متاسفانه باتری‌هایی که تاکنون به صورت تجاری تولید شده‌اند سنگین و سفت هستند و اساساً برای کاربردهایی که در آن وسایل الکترونیکی خم می‌شوند مناسب نیستند.
یک راه‌حل برای این مشکل توسط تیم پژوهشی دانشگاه ETH و پروفسور Markus Niederberger در حال آماده شدن است. این پژوهشگران یک نمونه اولیه از یک باتری منعطف را به صورت یک فیلم نازک توسعه دادند که می‌تواند خم شود، کشیده شود و حتا بدون ایجاد اختلال در عملکرد تامین انرژی، پیچیده شود.
آن چه این باتری را خاص می‌کند، الکترولیت‌های آن است که بخشی از باتری هستند و زمانی که باتری در حال شارژ شدن یا خالی شدن شارژ باشد، حرکت می‌کنند. این الکترولیت توسط دانشجوی دکتری دانشگاه ETH کشف شد که نویسنده مسئول در پژوهش منتشر شده مربوط در نشریه مواد پیشرفته نیز است.
برای طراحی تجاری این باتری‌های جدید، باتری به صورت لایه‌ای و همانند یک ساندویچ ساخته می‌شود. با این حال، این نخستین بار است که پژوهشگران از اجزای منعطفی برای ایجاد قابلیت خم شدن در باتری استفاده کردند. پروفسور Niederberger می‌گوید: «تا امروز، هیچ کس منحصرا از اجزای منعطف به صورت نظام‌مند، آن طور که ما در ساخت باتری لیتیوم یونی استفاده کردیم، بهره نبرده است.»
در ساخت دو قسمت فعلی برای جمع کردن آند و کاتدها از بسپارهای قابل خم شدن کامپوزیتی استفاده شده است که شامل کربن‌های رسانای الکترونیکی هستند و همچنین از آن‌ها به عنوان پوسته بیرونی استفاده می‌شود. در سطح داخلی کامپوزیت، پژوهشگران از یک لایه از جنس دانه‌های نقره در مقیاس میکرون استفاده کردند.
به واسطه شکل این دانه‌ها که همانند پوشش‌های سقف بر روی هم قرار می‌گیرند، زمانی که لاستیک کشیده می‌شود، ارتباطشان را با یکدیگر از دست نمی‌دهند. این مسئله رسانایی محصول را، حتا در صوتی که تحت کشش شدید باشد، تضمین می‌کند. حتا در صورتی که ارتباط این دانه‌های نقره قطع شود، جریان الکتریکی همچنان می‌تواند، هر چند ضعیف‌تر، از طریق کامپوزیت کربنی عبور کند. پژوهشگران با کمک یک ماسک پودر آند و کاتد را در ناحیه تعیین شده برای لایه نقره با یک افشانه می‌پاشند. کاتد از جنس لیتیوم منگنز اکسید و آند از جنس وانادیوم اکسید است.
در گام آخر، دانشمندان دو الکترود را توسط یک لایه جداکننده مانند قاب عکس روی هم قرار می‌دهند که در فضای خالی این قاب نیز ژل الکترولیت پر شده است. پروفسور Niederberger تاکید می‌کند که این ژل نسبت به الکترولیت‌های تجاری، بیشتر دوستدار محیط زیست هستند: «الکترولیت‌های مایع در باتری‌های امروزی قابل اشتعال و سمی هستند.» در مقابل ژل الکترولیت که دانشجوی دکتری دانشگاه ETH توسعه داده، شامل آب و مقدار زیادی نمک لیتیوم است که نه تنها جریان یون‌های لیتیوم را در حین شارژ یا تخلیه شارژ میان آند و کاتد تسهیل می‌کند، بلکه آب را از طریق تجزیه الکتروشیمیایی جدا نگه می‌دارد.
دانشمندان بخش‌های مختلف نمونه اولیه خود را با چسب به هم متصل می‌کنند. پروفسور Niederberger می‌گوید: «اگر بخواهیم این باتری را به صورت انبوه تولید و به بازار عرضه کنیم، باید فرایند دیگری بیابیم که آن را برای مدت طولانی‌تری به صورت آب‌بندی شده نگه دارد.»
هر روز کاربردهای بیشتری برای این باتری‌های نوظهور ایجاد می‌شود. تولیدکنندگان شناخته شده تلفن‌های هوشمند برای تولید تلفن‌هایی با صفحه نمایش قابل تا شدن در رقابت با یکدیگر هستند. فرصت‌های دیگر شامل صفحه نمایش‌های رایانه، ساعت‌های هوشمند و تبلت‌ها و یا پارچه‌های مورد استفاده در لباس‌های هوشمند هستند که باید قابل لوله شدن باشند و نیازمند منبع انرژی منعطف هستند.
پروفسور Niederberger می‌گوید: «برای نمونه شما می‌توانید باتری را مستقیم به لباس بدوزید.» آن چه که اهمیت دارد این است که در زمان نشت باتری تضمین کنیم مایع خروجی از باتری به چیزی آسیب نرساند. این همان جایی است که الکترولیت تولیدشده توسط این پژوهشگران مزیتی قابل توجه را ارائه می‌کند.
با این حال پروفسور Niederberger تاکید می‌کند که پژوهش بیشتر برای بهینه‌سازی این باتری‌های منعطف پیش از اینکه به تولید انبوه آن فکر کنیم، ضروری است. اما پیش از آن، این تیم باید حجم موادی را که این الکترولیت‌ها نگه می‌دارند، افزایش دهد.
