محققان آمریکایی موفق به ساخت یک باتری حفره‌دار با انعطاف‌پذیری و خم‌شوندگی ۱۸۰ درجه‌ای شده‌اند که آن را برای بکارگیری در فناوری‌های پوشیدنی ایده‌آل می‌کند. این باتری جدید قادر است گرما را پراکنده کند و چگالی شارژ را حتی در صورت کشیده یا تا شدن حفظ کند.

محققان دانشگاه ییل(Yale) یک باتری نوآورانه حفره‌دار ساخته‌اند که نسبت به باتری‌های معمولی، انعطاف‌پذیری بیشتری دارد و تنفسی است. این باتری می‌تواند راه را برای ساخت باتری‌های لیتیومی مناسب برای وسایل الکترونیکی پوشیدنی هموار کند.

به نقل از آی‌ای، در حال حاضر، اغلب باتری‌ها در پوشیدنی‌ها استفاده محدودی دارند، به‌ویژه برای کاربردهایی که می‌توانند منجر به ساییدگی و پارگی قابل‌توجه شوند.

این تیم در مقاله خود که در مجله Matter منتشر شده است، نوشت: ماهیت سخت و غیر قابل تنفس باتری‌های معمولی، به‌ویژه در کاربردهایی که شامل فعالیت‌های فیزیکی هستند، یک محدودیت قابل توجه برای لوازم الکترونیکی پوشیدنی باقی مانده است.

با این حال، این باتری جدید حفره‌دار می‌تواند بسیاری از مشکلات باتری‌های موجود را با یک راه حل نسبتا ساده حل کند.

محققان برای رسیدن به این باتری، یک کیسه باتری لیتیوم-یونی منعطف را برداشتند و یک مجموعه حفره مستطیل شکل افقی و عمودی در آن ایجاد کردند. این نوع باتری‌ها از ترکیبی مسطح از مواد تشکیل شده‌اند که دارای درجه انعطاف‌پذیری محدودی هستند. همچنین ساخت آنها نسبتاً آسان است و از مواد الکترود معمولی و مواد مصرفی فشرده داغ تشکیل شده است.

موفقیت باتری حفره‌دار

لین ژو(Lin Xu)، یکی از اعضای تیم توضیح داد: این باتری به‌ویژه برای ورزشکاران یا افرادی که وسایل الکترونیکی را برای مدت طولانی می‌پوشند، همچنین لباس‌های هوشمند برای ردیابی تناسب اندام، دستگاه‌های نظارت پزشکی و برنامه‌های کاربردی مشابه که هم راحتی و هم عملکرد قابل اعتماد را می‌طلبد، مفید است.

محققان با افزودن چند حفره متوجه شدند که این باتری بسیار انعطاف‌پذیر می‌شود و در عین حال قدرت زیادی را حفظ می‌کند. شبیه‌سازی طراحی آن همچنین نشان داد که این باتری باید بتواند ۱۸۰ درجه بدون ایجاد پارگی کشیده یا تا شود.

ژو گفت: یک چالش، حفظ مواد فعال کافی برای بالا نگه داشتن چگالی انرژی باتری بود. حفره‌های بیش از حد یا خیلی بزرگ، ظرفیت ذخیره انرژی را کاهش می‌دهد و ما مجبور بودیم قابلیت کشش مکانیکی را با عملکرد الکتریکی متعادل کنیم.

این تیم همچنین دریافت که وقتی باتری ۱۰ درصد کشیده یا تا می‌شود، می‌تواند در برابر فشار فیزیکی مقاومت کند و به روشن کردن لامپ‌های ال‌ای‌دی ادامه دهد. محققان این موضوع را با کشیدن و تا کردن باتری بیش از ۱۰۰ بار تایید کردند.

محققان می‌گویند: نکته مهم این است که این معماری، چگالی انرژی منطقه‌ای بالایی را امکان‌پذیر می‌کند و به ۷.۲ میلی‌وات‌ساعت بر سانتی‌متر مربع در یک کیسه تک لایه دست می‌یابد که با استفاده از لایه‌های الکترود دوتایی تا ۱۴.۴ مگاوات‌ساعت بر سانتی‌متر مربع مقیاس‌پذیر است.

مناسب برای پوشیدنی‌ها

محققان همچنین دریافتند که این باتری جدید حفره‌دار می‌تواند بهتر در برابر نوسانات دما و رطوبت مقاومت کند. همچنین به نظر می‌رسد که باتری جدید تقریباً دو برابر پارچه نخی، تنفسی است.

محققان برای آزمایش بیشتر این باتری حفره‌دار، آن را در یک کت آزمایشگاهی بافتند تا عملکرد آن را در زمانی که کاربر تمرینات سبکی مانند دویدن را انجام می‌دهد، ارزیابی کنند. طراحی این باتری به طور چشمگیری توانایی آن را در دفع گرما و جلوگیری از تجمع عرق بدن در زیر آن بهبود بخشید.

به گفته تیم تحقیقاتی، این باتری همچنان به تست سایش و پارگی بیشتری نیاز دارد، بنابراین محققان قصد دارند عملکرد آن را در دستگاه‌های تجاری نظارت بر سلامت و تجهیزات ورزشی آزمایش کنند.

آنها همچنین در حال بررسی چگونگی افزایش مقیاس بهترین نسخه تولیدی آن هستند تا آب‌بندی ثابتی را برای جلوگیری از نشتی یا اتصال کوتاه در کیسه باتری ایجاد کنند.

این مطالعه در مجله Matter منتشر شده است.