(Phys.org) — Piegando una batteria agli ioni di litio a base di carta in un modello Miura-ori (simile a come sono piegate alcune mappe), gli scienziati hanno dimostrato che la batteria mostra un aumento di 14 volte della densità e della capacità di energia nell'area grazie al suo ingombro ridotto. Le batterie a base di carta sono già attraenti per il loro basso costo, metodi di fabbricazione roll-to-roll, e flessibilità. I vantaggi di piegarli in dimensioni più piccole si aggiungono a queste caratteristiche e potrebbero portare a batterie ad alte prestazioni per varie applicazioni.

I ricercatori, Qian Cheng, et al., dell'Arizona State University, hanno pubblicato un articolo sulla piegatura delle batterie agli ioni di litio a base di carta in un recente numero di Nano lettere .

"Le batterie pieghevoli possono essere utili per alimentare dispositivi che hanno uno spazio limitato a bordo, " coautore Candace Chan, Assistant Professor di Scienza e Ingegneria dei Materiali presso l'Arizona State University, detto Phys.org . "Per di più, con lo sviluppo dell'elettronica pieghevole su carta dimostrata recentemente da altri gruppi di ricerca, una batteria che può anche essere piegata può diventare importante per l'integrazione della fonte di alimentazione e di altri componenti in un unico, dispositivo completamente pieghevole."

Nello studio attuale, gli scienziati hanno utilizzato batterie agli ioni di litio realizzate con inchiostro di nanotubi di carbonio (CNT) come collettori di corrente; polveri convenzionali a base di litio come elettrodi; e magro, Kimwipes poroso ^TM come i supporti di carta. I ricercatori hanno anche aggiunto un rivestimento in difluoruro di polivinilidene (PVDF) per migliorare l'adesione dell'inchiostro CNT ai substrati di carta. Le batterie finali hanno mostrato una buona conduttività e, dopo una perdita di capacità irreversibile dopo il primo ciclo, una capacità relativamente stabile.

I ricercatori hanno sperimentato la semplice piegatura dei fogli a metà e il più complicato modello di piegatura Miura-ori. Utilizzando il semplice schema di piegatura a metà, i ricercatori hanno scoperto che uno, Due, e tre pieghe si traducono in un aumento della densità energetica e della capacità dell'area di 1,9, 4.7, e 10,6 volte rispetto a una batteria planare. Il modello Miura-ori potrebbe piegare la carta in modo ancora più efficiente:piegare una batteria di 6 cm x 7 cm in una pila di 25 strati aumenta la densità e la capacità di energia dell'area di 14 volte e fornisce un'area totale di appena 1,68 cm ² .

"Abbiamo usato la densità 'areale' per mostrare che la densità di energia per area di impronta è aumentata, " Chan ha spiegato. "Questo è diverso dalla densità di energia gravimetrica, poiché la quantità di massa nelle batterie non cambia quando viene piegata e aperta. Quindi dire densità 'areale' rende più chiaro a quale densità ci riferiamo."

Globale, le batterie piegate secondo lo schema semplice mantenevano una prestazione elettrochimica simile alle batterie planari. Le efficienze coulombiane per le batterie piegate erano addirittura superiori a quelle per le batterie spiegate, che può essere dovuto a un migliore contatto tra i materiali degli elettrodi e i CNT dopo la piegatura. L'imaging SEM ha mostrato una certa delaminazione dello strato CNT al vertice corrispondente all'intersezione di due pieghe perpendicolari; però, nessuna ulteriore delaminazione o fessurazione è stata osservata lontano dall'incrocio.

Le batterie piegate secondo il modello Miura-ori avevano prestazioni leggermente ridotte rispetto alle batterie planari, compresa una capacità di scarico inferiore e una capacità specifica. I ricercatori pensano che queste perdite possano essere dovute alla delaminazione alle intersezioni delle pieghe perpendicolari, poiché queste batterie contengono 16 vertici. Per evitare cortocircuiti sulle batterie, i ricercatori hanno utilizzato un film sottile isolante flessibile, parilene-C, tra gli strati.

I risultati offrono un primo assaggio del potenziale dell'utilizzo della piegatura per aumentare la densità energetica e la capacità delle batterie agli ioni di litio. Nel futuro, progressi negli algoritmi di piegatura geometrica, strumenti di calcolo, e la manipolazione dei robot potrebbe portare a modelli di piegatura più complessi e consentire la produzione delle batterie su larga scala per applicazioni commerciali.

"Ci sono infinite possibilità di utilizzare concetti di piegatura e origami per impartire nuove forme, disegno geometrico, e nuove funzionalità ai dispositivi di accumulo di energia basati su carta non possibili prima, " disse Chan.

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