Инновация, разработанная исследовательской группой Института текстиля и одежды Политехнического университета (ITC), получила три приза на 47-й Международной выставке изобретений в Женеве, состоявшейся в апреле этого года, а именно: Золотую медаль и две награды за особые заслуги.
Профессор ZHENG Zijian, возглавляющий исследовательскую группу ИТЦ, сказал: «Носимые технологии были названы следующей перспективой на глобальном рынке после смартфонов.
По прогнозам, доходы мирового рынка носимых устройств будут расти не по дням, а по часам, более чем на 20% в год, и к 2024 году достигнут 100 миллиардов долларов США. Поскольку вся носимая электроника потребует носимого источника энергии, наша новая технология производства текстильных литиевых батарей предлагает многообещающее решение для широкого спектра приложений следующего поколения, начиная от здравоохранения, информационно-развлекательной, спортивной, аэрокосмической, модной, IoT и заканчивая любыми сенсорными или отслеживающими применениями. что может даже превзойти наше воображение сегодня."
Литиевая батарея в настоящее время является доминирующей аккумуляторной батареей на рынке из-за ее относительно высокой плотности энергии и длительного срока службы.
Поскольку обычную громоздкую тяжелую литиевую батарею трудно использовать в носимых устройствах, за последнее десятилетие ученые приложили усилия к разработке гибкой литиевой батареи, часто используя металлическую фольгу в качестве токоприемников. Однако только до появления текстильных литиевых батарей PolyU, узкие места, связанные с плотностью энергии, гибкостью, механической прочностью и устойчивостью к циклическим нагрузкам, могут быть устранены.
Применяя запатентованную PolyU новую технологию осаждения металла с использованием полимеров (PAMD), высокопроводящий металл, медь (Cu) и никель (Ni) равномерно и конформно наносятся на предварительно обработанные ткани.
Такие металлические ткани с низким сопротивлением листа и большой площадью поверхности служат в качестве токоприемников в батареях. После добавления активных материалов, которые действуют как катод и анод, металлические ткани вместе с сепаратором и электролитом собираются в текстильную литиевую батарею.
Лабораторные испытания, проведенные командой ITC, подтвердили чрезвычайно высокую механическую стабильность, долговечность и безопасность текстильной литиевой батареи при деформации.
При многократном складывании аккумулятора пополам, скручивании под разными углами или свободном смятии окно его напряжения оставалось неизменным. Испытания на изгиб показали, что аккумулятор можно изгибать более 1000 раз с незначительным снижением емкости.
Испытания на безопасность, проведенные путем непрерывного удара молотком, обрезки ножницами и забивания гвоздем, показали, что батарея может стабильно обеспечивать выходную мощность для электронных компонентов без риска возгорания или взрыва.
[1] Сопротивление листа – важное свойство проводящих материалов, определяющее способность переносить заряды материалов. Чем ниже сопротивление листа, тем быстрее будет транспортировка.
[2] В целом, чем больше площадь поверхности для загрузки материалов анода и катода, тем выше стабильность, выше скорость заряда / разряда и больше гибкость.
Применяя запатентованную PolyU технологию PAMD для контроля времени наплавки, можно легко контролировать толщину и сопротивление металлической пряжи. Благодаря вплетению металлических нитей в трехмерную металлическую ткань, ее площадь поверхности для загрузки активных материалов по сравнению с двумерным листом металлической фольги того же размера значительно увеличена.
Технические характеристики / сравнения
Толщина ячейки
Текстильная литиевая батарея PolyU:
Существующая гибкая литиевая батарея: 0.От 4 до 0.7 мм
Обычные литиевые батареи:> 2 мм
Площадь емкости (ячейка)
Текстильная литиевая батарея PolyU: от 1 до 3 мАч / см2
Существующая гибкая литиевая батарея: от 1 до 3 мАч / см2
Обычные литиевые батареи: ~ 3 мАч / см2
Плотность энергии
Текстильная литиевая батарея PolyU: от 120 до 460 Втч / л
Существующая гибкая литиевая батарея: от 100 до 200 Втч / л
Обычные литиевые батареи: от 250 до 700 Втч / л
Складываемость
Текстильная литиевая батарея PolyU: 100% при 1000 циклов складывания [i.е. емкость без изменений после 1000 циклов складывания]; Радиус изгиба
Существующая гибкая литиевая батарея: 99% при 1000 циклов складывания; Радиус изгиба ~ 25 мм
Обычные литиевые батареи: слишком жесткие, чтобы их сложить; Слишком жесткий, чтобы сгибаться
Скорость зарядки
Текстильная литиевая батарея PolyU: 0.2 к 1С [i.е.
Для полной зарядки аккумулятора требуется от 1 до 5 часов]
Существующая гибкая литиевая батарея: 0.От 2 до 2C [i.е. 0.Для полной зарядки аккумулятора требуется 5–5 часов]
Обычные литиевые батареи: 0.От 5 до 2C [i.е.
0.Для полной зарядки аккумулятора требуется 5–2 часа]
Цикл жизни
Текстильная литиевая батарея:> 80% при 500 циклах зарядки / разрядки [i.е. емкость сохраняется на уровне> 80% после зарядки / разрядки в течение 500 циклов]
Существующая гибкая литиевая батарея:> 80% при 500 циклах зарядки / разрядки [i.е. емкость сохраняется на уровне> 80% после зарядки / разрядки в течение 500 циклов]
Обычные литиевые батареи:> 80% при 500 циклах зарядки / разрядки [i.е. емкость сохраняется на уровне> 80% после зарядки / разрядки в течение 500 циклов]