कोलंबिया के इंजीनियर पहनने योग्य इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए लचीली लिथियम बैटरी विकसित करते हैं

रीढ़ की तरह आकार का, नया डिज़ाइन उल्लेखनीय लचीलापन, उच्च ऊर्जा घनत्व और स्थिर वोल्टेज को सक्षम करता है, चाहे वह फ्लेक्सिड या मुड़ा हुआ क्यों न हो

फ्लेक्सिबल और वेयरेबल इलेक्ट्रॉनिक्स का चलन तेजी से बढ़ रहा है। स्मार्ट घड़ियों, स्मार्ट ग्लास, सेंसर और लचीले डिस्प्ले-जैसे स्मार्टफोन, टैबलेट और टीवी आदि। इसके लिए उच्च प्रदर्शन वाली लचीली बैटरी की मांग भी बढ़ गई है। अब तक, शोधकर्ताओं को लिथियम आयन बैटरी में लचीलापन और उच्च ऊर्जा घनत्व दोनों प्राप्त करने के लिए समस्याओं का सामना करना पड़ रहा है।

कोलंबिया इंजीनियरिंग और उनकी टीम में लागू भौतिकी और गणित के विभाग में सामग्री विज्ञान और इंजीनियरिंग के युआन यांग सहायक प्रोफेसर ने एक प्रोटोटाइप विकसित किया जो इन चुनौतियों का सामना करने में सक्षम है। युआन टीम ने अपने लचीले बैटरी प्रोटोटाइप को मानव रीढ़ की तरह आकार दिया जो उच्च ऊर्जा घनत्व के साथ अद्भुत लचीलापन देता है, और स्थिर वोल्टेज भी प्रदान करता है, भले ही यह कोई फर्क नहीं पड़ता कि यह कैसे मुड़ या फ्लेक्सिड है।

यांग कहते हैं, "हमारे प्रोटोटाइप की ऊर्जा घनत्व अब तक की उच्चतम रिपोर्ट में से एक है।" “हमने एक लचीली रीढ़ की तरह लिथियम आयन बैटरी बनाने के लिए एक सरल और स्केलेबल दृष्टिकोण विकसित किया है जिसमें उत्कृष्ट विद्युत और यांत्रिक गुण हैं। हमारा डिजाइन पहली पीढ़ी, लचीली, वाणिज्यिक लिथियम-आयन बैटरी के रूप में बहुत ही आशाजनक उम्मीदवार है। अब हम डिजाइन का अनुकूलन कर रहे हैं और इसके प्रदर्शन में सुधार कर रहे हैं। ”

युआन टीम जिम में व्यायाम करते हुए रीढ़ की कोमल गति से प्रेरित है । एक मानव रीढ़ अत्यधिक लचीला और यंत्रवत् मजबूत है। युआन ने एक ही डिजाइन में बैटरी के निर्माण के लिए रीढ़ के मॉडल का उपयोग किया। प्रोटोटाइप में एक व्यापक और ठोस खंड होता है जो एक लचीले लचीले हिस्से के चारों ओर इलेक्ट्रोड घुमाकर ऊर्जा को संग्रहीत करने में सक्षम होता है जो इलेक्ट्रोड को एक साथ जोड़ता है। मानव रीढ़ डिजाइन के अनुसार इलेक्ट्रोड "कशेरुक" का प्रतिनिधित्व करता है और लचीला हिस्सा "मज्जा" का प्रतिनिधित्व करता है।

"जैसा कि कठोर इलेक्ट्रोड भाग की मात्रा लचीले इंटरकनेक्शन से काफी बड़ी है, ऐसी लचीली बैटरी की ऊर्जा घनत्व मानक वाणिज्यिक पैकेजिंग में बैटरी के 85 प्रतिशत से अधिक हो सकती है," यांग बताते हैं। “पूरी संरचना में सक्रिय सामग्रियों के उच्च अनुपात के कारण, हमारी रीढ़ की तरह की बैटरी बहुत अधिक ऊर्जा घनत्व दिखाती है - जिस किसी भी अन्य रिपोर्ट के बारे में हम जानते हैं उससे अधिक है। बैटरी हमारे तर्कसंगत जैव-प्रेरित डिजाइन के कारण एक कठोर गतिशील यांत्रिक भार परीक्षण से सफलतापूर्वक बच गई। "

युआन की टीम ने "बैकबोन" से 90 डिग्री तक फैली कई "शाखाओं" के साथ एनोड / विभाजक / कैथोड / विभाजक को लंबी स्ट्रिप्स में अलग कर दिया। फिर वे रीढ़ की हड्डी में रीढ़ की हड्डी की तरह, ऊर्जा के भंडारण के लिए मोटी ढेर बनाने के लिए रीढ़ की हड्डी के चारों ओर प्रत्येक शाखा को लागू करते हैं। इस अद्वितीय डिजाइन के कारण, बैटरी की ऊर्जा घनत्व केवल डिवाइस की पूरी लंबाई की तुलना में कशेरुका जैसे ढेर के अनुदैर्ध्य प्रतिशत तक सीमित है, जो आसानी से 90 प्रतिशत तक पहुंच सकती है।

साइकिल द्वारा प्रोटोटाइप का परीक्षण करना, उन्हें स्थिर वोल्टेज की रूपरेखा मिली, उनके प्रोटोटाइप की यांत्रिक स्थिरता की पुष्टि की। उन्होंने डिस्चार्ज होने के बाद भी इसे फ्लेक्स किया और घुमाया, लेकिन डिजाइन एकदम सही है कि यह वोल्टेज की रूपरेखा को प्रभावित नहीं करता है। उच्च वर्तमान घनत्व और क्षमता प्रतिधारण के साथ बैटरी लगाकर परीक्षण भी उच्च किया जाता है (3 सी पर 84 प्रतिशत, एक घंटे के 1/3 में चार्ज)। प्रोटोटाइप ने गतिशील यांत्रिक भार परीक्षण भी पास किया।

"हमारी रीढ़ की तरह डिजाइन पारंपरिक डिजाइन की तुलना में बहुत अधिक यांत्रिक रूप से मजबूत है," यांग कहते हैं। "हम अनुमान लगाते हैं कि लचीली ली-आयन बैटरियों को गढ़ने की हमारी जैव-प्रेरित, स्केलेबल विधि लचीले उपकरणों के व्यावसायीकरण को बहुत आगे बढ़ा सकती है।"