Een veelbelovende methode om fiberbatterijen op industriële schaal te produceren

Fiberbatterijen zijn millimeterdunne batterijen op basis van vezels die in kleding kunnen worden geweven of worden gebruikt om zeer flexibele, draagbare elektronica te maken. In de afgelopen jaren hebben veel onderzoeksteams over de hele wereld geprobeerd deze batterijen te fabriceren met behulp van een reeks verschillende technieken en benaderingen.

De meeste bestaande technieken voor het maken van vezelbatterijen omvatten laag-voor-laag coatingprocessen die zijn aangepast van de fabricage van vlakke batterijen, een platte en dunne batterijtechnologie. Ondanks hun voordelen, maken deze processen doorgaans de creatie van een beperkt aantal batterijen tegelijk mogelijk, waardoor ze niet geschikt zijn voor grootschalige productie.

Onderzoekers van de Fudan University in China hebben onlangs een alternatieve methode geïntroduceerd voor het maken van vezelbatterijen die op industriële schaal gemakkelijker te implementeren is. Deze methode, geïntroduceerd in een paper gepubliceerd in Natuur Nanotechnologieis gebaseerd op een algemene oplossingsextrusietechniek waarmee batches van meerdere vezelbatterijen in één stap kunnen worden geproduceerd.

De door de onderzoekers voorgestelde productiemethode steunt op een spindopstructuur, een dop of plaat met verschillende kleine gaatjes erop die vaak worden gebruikt om vezels te produceren. Deze structuur, die drie hoofdextrusiekanalen heeft, kan worden gebruikt om vezelbatterijen te maken die zijn samengesteld uit een parallelle kathode en anode, ingekapseld door een elektrolyt, met opmerkelijke productiesnelheden van 250 mh^-1.

“Onze driekanaals industriële spindop extrudeert en combineert tegelijkertijd de elektroden en elektrolyten van vezelbatterijen met hoge productiesnelheden”, legden Meng Liao en zijn collega’s in hun paper uit. “De laminaire stroming tussen functionele componenten garandeert hun naadloze interfaces tijdens extrusie.”

Vergeleken met de bestaande methoden voor het produceren van vezelbatterijen, kan de aanpak van de onderzoekers een opmerkelijke 1.500 km continue vezelbatterijen opleveren voor elke afzonderlijke gebruikte spindopeenheid. Dit zijn meer dan drie keer meer batterijen dan die geproduceerd door de best presterende technieken die tot nu toe zijn ontwikkeld.

In hun paper demonstreerden Liao en zijn collega’s het grote potentieel van hun methode door er ongeveer 10 m . mee te creëren² van op batterijen gebaseerd geweven textiel. Dit textiel is speciaal ontworpen om te worden gebruikt om slimme en responsieve tenten te maken en de vezelbatterij die werd gebruikt om ze van stroom te voorzien had een energiedichtheid van 550 mWhm^-2.

De slimme tent die ze hebben ontworpen heeft verschillende interessante en geavanceerde functies. Het kan bijvoorbeeld energie van de zon oogsten, opslaan en gebruiken om een ​​display en andere technologieën erin te bedienen. In de toekomst zou de door de onderzoekers geïntroduceerde batterijproductiemethode kunnen worden gebruikt om op grote schaal soortgelijke tenten of andere op textiel gebaseerde elektronica te maken, waardoor het wijdverbreide gebruik ervan mogelijk wordt vergemakkelijkt.

“Onze methode is eenvoudig en de verkregen flexibele textielbatterij is stabiel, duurzaam en veilig”, schreven Liao en zijn collega’s in hun paper. “We verwachten dat het grootschalige productie en praktische toepassingen van glasvezelbatterijen voor de volgende generatie elektronica zal bevorderen.”