Berbentuk seperti tulang belakang, desain baru memungkinkan fleksibilitas luar biasa, kepadatan energi tinggi, dan tegangan stabil tidak peduli bagaimana ia dilipat atau diputar
Tren elektronik Fleksibel dan Dapat Dipakai meningkat pesat. Jam tangan pintar, kaca pintar, sensor dan layar fleksibel-seperti smartphone, tablet, dan TV dll. Untuk ini permintaan akan baterai fleksibel berkinerja tinggi juga meningkat. Hingga saat ini, para peneliti menghadapi masalah untuk mendapatkan fleksibilitas dan kepadatan energi yang tinggi dalam baterai lithium-ion.
Yuan Yang, asisten profesor ilmu dan teknik material di departemen fisika dan matematika terapan di Columbia Engineering dan timnya mengembangkan prototipe yang mampu menghadapi tantangan ini. Tim Yuan membentuk prototipe baterai fleksibel mereka seperti tulang belakang manusia yang memungkinkan fleksibilitas luar biasa dengan kepadatan energi tinggi, dan juga memberikan tegangan yang stabil meskipun tidak peduli bagaimana cara memutar atau menekuknya.
“Kepadatan energi prototipe kami adalah salah satu yang tertinggi yang dilaporkan sejauh ini,” kata Yang. “Kami telah mengembangkan pendekatan sederhana dan terukur untuk membuat baterai lithium ion fleksibel yang memiliki sifat elektrokimia dan mekanik yang sangat baik. Desain kami adalah kandidat yang sangat menjanjikan sebagai baterai lithium-ion komersial generasi pertama yang fleksibel. Kami sekarang mengoptimalkan desain dan meningkatkan kinerjanya. ”
Yuan Team terinspirasi dari gerakan tulang punggung yang lentur saat melakukan latihan di gym. Tulang belakang manusia sangat fleksibel dan kuat secara mekanis. Yuan menggunakan model tulang belakang untuk membuat baterai dengan desain yang sama. Prototipe memiliki segmen yang luas dan padat yang mampu menyimpan energi dengan memutar elektroda di sekitar bagian fleksibel tipis yang menghubungkan elektroda bersama. Sesuai desain tulang belakang manusia, elektroda mewakili "tulang belakang" dan bagian fleksibel mewakili "sumsum".
“Karena volume bagian elektroda yang kaku secara signifikan lebih besar daripada interkoneksi fleksibel, kepadatan energi baterai fleksibel tersebut dapat lebih besar dari 85 persen baterai dalam kemasan komersial standar,” Yang menjelaskan. “Karena proporsi bahan aktif yang tinggi di seluruh struktur, baterai seperti tulang belakang kami menunjukkan kepadatan energi yang sangat tinggi — lebih tinggi daripada laporan lain yang kami ketahui. Baterai juga berhasil bertahan dari uji beban mekanis dinamis yang keras karena desain kami yang terinspirasi oleh bio rasional. ”
Tim Yuan memisahkan anoda / pemisah / katoda / pemisah menjadi strip panjang dengan beberapa "cabang" yang memanjang 90 derajat dari "tulang punggung". Kemudian mereka melipat setiap cabang di sekitar tulang punggung untuk membentuk tumpukan tebal untuk menyimpan energi, seperti tulang belakang pada tulang belakang. Karena memiliki desain yang unik ini, kepadatan energi baterai hanya dibatasi oleh persentase longitudinal dari tumpukan seperti tulang belakang dibandingkan dengan keseluruhan panjang perangkat, yang dapat dengan mudah mencapai lebih dari 90 persen.
Menguji prototipe dengan bersepeda, mereka menemukan garis tegangan yang stabil, mengkonfirmasi stabilitas mekanis dari prototipe mereka. Mereka juga menekuk dan memutarnya bahkan setelah pelepasan tetapi desainnya sempurna sehingga tidak memengaruhi garis tegangan. Pengujian dilakukan dengan meletakkan baterai dengan kerapatan arus lebih tinggi dan kapasitas retensi juga tinggi (84 persen pada 3C, pengisian dalam 1/3 jam). Prototipe tersebut juga lulus uji beban mekanis dinamis.
“Desain seperti tulang belakang kami jauh lebih kuat secara mekanis daripada desain konvensional,” kata Yang. “Kami mengantisipasi bahwa metode kami yang terinspirasi oleh bio dan dapat diskalakan untuk membuat baterai Li-ion fleksibel dapat sangat memajukan komersialisasi perangkat fleksibel.”