(Phys.org)—Gli scienziati hanno usato zollette di zucchero come modello per sintetizzare elettrodi elastici per batterie, che fungono da componente chiave nelle batterie agli ioni di sodio estensibili ma meccanicamente robuste di nuova concezione. Sebbene di recente siano state condotte molte ricerche sulle batterie estensibili, di solito questi dispositivi contengono ancora alcuni componenti rigidi. Utilizzando elettrodi modellati su zollette di zucchero, la nuova batteria è una delle prime batterie agli ioni di sodio i cui componenti sono tutti completamente estensibili.

Gli scienziati, guidato da Guihua Yu presso l'Università del Texas ad Austin, hanno pubblicato un articolo sulle nuove batterie estensibili in un recente numero di Materiale avanzato .

Partendo da zollette di zucchero, i ricercatori sono stati in grado di ottenere la dimensione, forma, e la porosità necessaria per gli elettrodi della batteria ad alte prestazioni. I ricercatori hanno prima posizionato normali zollette di zucchero sopra un gel polimerico in un piatto. Dopo che il piatto è stato messo nel vuoto, scaldato in forno, e lavato, lo zucchero è stato sciolto e il gel polimerico ha preso il suo posto, risultando in spugne polimeriche estensibili. I pori delle spugne polimeriche sono stati quindi riempiti con una soluzione conduttiva a base di grafene per creare "elettrodi in spugna, " che i ricercatori hanno ottenuto immergendo le spugne nella soluzione e strizzandole più volte per assorbirla.

Come hanno spiegato i ricercatori, l'architettura porosa della spugna offre una combinazione di elasticità, resistenza meccanica, trasporto veloce di ioni di sodio, e grande capacità di stoccaggio. I test hanno dimostrato che la batteria piena può essere allungata fino al 50% oltre la sua lunghezza originale, e che la deformazione è limitata dalle proprietà intrinseche del materiale polimerico. I ricercatori si aspettano che la modifica del polimero o lo sviluppo di un nuovo elastomero nanostrutturato possa aumentare ulteriormente l'elasticità della batteria.

"Questo design della batteria unico nel suo genere mantiene migliori proprietà meccaniche rispetto alla maggior parte dei progetti segnalati che utilizzano uno o più componenti rigidi che non soddisfano i requisiti di elasticità per l'intero dispositivo, " Yu ha detto a Phys.org. "Inoltre, le prestazioni elettrochimiche dimostrate rivaleggiano con la maggior parte dei sistemi energetici estensibili riportati in precedenza. Questa nuova batteria estensibile agli ioni di sodio rappresenta un'alternativa promettente per la prossima generazione di tecnologie di accumulo di energia in un'ampia gamma di applicazioni".

Nella sua forma attuale, la batteria conserva quasi il 90% della sua capacità dopo 100 cicli di allungamento fino al 50% di sollecitazione. Questa prestazione è sufficiente per consentire ai ricercatori di montare la batteria estensibile su un tutore per gomito, e dimostrare che la batteria continua ad alimentare un LED quando il braccio dell'utente è piegato ad angoli diversi. La batteria estensibile ha potenziali applicazioni in sensori cutanei conformabili per il monitoraggio della salute, dispositivi di comunicazione indossabili, espositori avvolgibili, e dispositivi medici impiantabili.

Nel futuro, i ricercatori hanno in programma di apportare ulteriori miglioramenti alla batteria, come prolungare la durata e ampliare il design a batterie di dimensioni maggiori. Anticipano che il design della spugna può essere esteso anche ad altri tipi di dispositivi, come i dispositivi per la raccolta di energia.

"Le direzioni future saranno focalizzate sull'ulteriore miglioramento delle proprietà meccaniche e delle prestazioni elettrochimiche, oltre a ridurre i costi di produzione, " disse Yu.

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