BERKELEY / MÜNCHEN (IT BOLTWISE) – Eine neue Generation von Lithium-Ionen-Batterien, die sich biegen, schneiden und sogar durchstechen lassen, könnte die Zukunft von Wearables und Soft-Robotern revolutionieren. Wissenschaftler der University of California, Berkeley, haben eine flexible, nicht-toxische Batterie entwickelt, die in der Lage ist, extremen physischen Belastungen standzuhalten.
Die Entwicklung flexibler Batterien stellt einen bedeutenden Fortschritt in der Technologie dar, insbesondere für Anwendungen in Wearables und Soft-Robotern. Herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien sind in starren Gehäusen eingeschlossen, um ihre empfindlichen Komponenten zu schützen und den Kontakt mit Luft zu verhindern, der zu gefährlichen Reaktionen führen könnte. Diese Einschränkungen machen sie für flexible Anwendungen ungeeignet.
Ein Team von Wissenschaftlern an der University of California, Berkeley, hat nun eine Lösung gefunden. Sie entwickelten eine flexible, nicht-toxische, geleeartige Batterie, die Biegungen, Verdrehungen und sogar Schnitte mit einem Rasiermesser übersteht. Diese Innovation könnte die Art und Weise, wie wir tragbare Technologien und weiche Roboter gestalten, grundlegend verändern.
Die Herausforderung bestand darin, eine Batterie zu entwickeln, die ohne starres Gehäuse sicher betrieben werden kann. Herkömmliche Batterien verwenden Elektrolyte, die bei Kontakt mit Luft oder Wasser gefährlich reagieren können. Daher experimentierten die Forscher mit quasi-festen Hydrogel-Elektrolyten, die aus einem Polymernetzwerk bestehen, das durch Borax oder Wasserstoffbrücken zusammengehalten wird.
Ein wesentliches Problem früherer Hydrogel-Batterien war ihr enges elektrochemisches Stabilitätsfenster, das die Spannung begrenzte, die die Batterie liefern konnte. Durch die Verwendung hochkonzentrierter Salzlösungen konnten die Forscher dieses Problem teilweise lösen, stießen jedoch auf neue Sicherheitsprobleme, da fluorierte Lithiumsalze hochgiftig sind.
Die Lösung der Forscher bestand darin, ein Hydrogel mit einem Polymer zu entwickeln, das sowohl positive als auch negative Ladungen trägt. Diese sogenannten zwitterionischen Polymere binden Wasser stark genug, um es vor dem Zerfall bei höheren Spannungen zu schützen, während sie gleichzeitig Lithiumionen freisetzen, wenn dies erforderlich ist.
Die resultierende Batterie konnte über 500 vollständige Ladezyklen überstehen und behielt dabei etwa 60 Prozent ihrer Kapazität. Obwohl dies im Vergleich zu kommerziellen Batterien, die 80 Prozent ihrer Kapazität behalten, noch verbesserungswürdig ist, zeigt es das Potenzial dieser Technologie. Die Energiedichte der Batterie beträgt etwa ein Zehntel der heutigen Standardbatterien, was auf Optimierungsmöglichkeiten hinweist.
Die Forscher sind optimistisch, dass diese Technologie die Art und Weise, wie wir tragbare Geräte und Soft-Roboter mit Energie versorgen, verändern könnte. Indem sie die Batterie in das Armband einer Smartwatch integrieren, könnte die Betriebsdauer erheblich verlängert werden, was die Notwendigkeit täglicher Aufladungen reduziert.
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