Hugis tulad ng isang gulugod, ang bagong disenyo ay nagbibigay-daan sa kapansin-pansin na kakayahang umangkop, mataas na density ng enerhiya, at matatag na boltahe gaano man ito baluktot o baluktot
Ang takbo ng Flexible at Wearable electronics ay mabilis na tumataas. Ang mga smart relo, matalinong baso, sensor at may kakayahang umangkop na pagpapakita-tulad ng mga smartphone, tablet, at TV atbp Para sa kahilingan na ito para sa mataas na pagganap na mga nababaluktot na baterya ay tumaas din. Hanggang ngayon, ang mga mananaliksik ay nahaharap sa mga problema upang makakuha ng parehong kakayahang umangkop at mataas na lakas ng enerhiya sa mga baterya ng lithium-ion.
Yuan Yang Katulong na propesor ng materyal na agham at engineering sa kagawaran ng inilapat na pisika at matematika sa Columbia Engineering at ang kanyang koponan ay bumuo ng isang prototype na makakaharap sa mga hamong ito. Ang Yuan Team ang may hugis ng kanilang kakayahang umangkop na prototype ng baterya tulad ng gulugod ng tao na nagbibigay-daan sa kamangha-manghang kakayahang umangkop na may mataas na density ng enerhiya, at nagbibigay din ng matatag na boltahe kahit na hindi mahalaga kung paano ito baluktot o baluktot.
"Ang density ng enerhiya ng aming prototype ay isa sa pinakamataas na naiulat sa ngayon," sabi ni Yang. "Bumuo kami ng isang simple at nasusukat na diskarte upang makagawa ng isang nababaluktot na tulad ng lithium ion na baterya ng gulugod na may mahusay na electrochemical at mechanical na mga katangian. Ang aming disenyo ay isang napaka-promising kandidato bilang unang henerasyon, nababaluktot, komersyal na baterya ng lithium-ion. Ina-optimize na namin ang disenyo at pinapahusay ang pagganap nito. "
Ang Yuan Team ay inspirasyon ng malambot na paggalaw ng gulugod habang nag-eehersisyo sa gym. Ang isang gulugod ng tao ay lubos na may kakayahang umangkop at mekanikal na malakas. Ginamit ni Yuan ang modelo ng gulugod upang maitayo ang baterya sa parehong disenyo. Ang Prototype ay may isang malawak at solidong segment na nag-iimbak ng enerhiya sa pamamagitan ng pag-ikot ng mga electrode sa paligid ng isang manipis na nababaluktot na bahagi na magkokonekta sa mga electrode. Tulad ng bawat disenyo ng gulugod ng tao ang mga electrode ay kumakatawan sa "vertebrae" at ang kakayahang umangkop na bahagi ay kumakatawan sa "utak".
"Tulad ng dami ng matibay na bahagi ng electrode ay makabuluhang mas malaki kaysa sa kakayahang umangkop na magkakaugnay, ang density ng enerhiya ng naturang isang nababaluktot na baterya ay maaaring mas malaki sa 85 porsyento ng isang baterya sa karaniwang komersyal na packaging," paliwanag ni Yang. "Dahil sa mataas na proporsyon ng mga aktibong materyales sa buong istraktura, ang aming baterya na tulad ng gulugod ay nagpapakita ng napakataas na density ng enerhiya-mas mataas kaysa sa anumang iba pang mga ulat na alam namin. Ang baterya ay matagumpay na nakaligtas sa isang malupit na pabago-bagong pagsubok sa mekanikal na pag-load dahil sa aming makatuwiran na disenyo na inspirasyon ng bio. "
Pinaghiwalay ng koponan ni Yuan ang anode / separator / cathode / separator sa mahabang piraso na may maraming "sanga" na umaabot sa 90 degree mula sa "backbone". Pagkatapos ay nilagyan nila ang bawat sangay sa gulugod upang makabuo ng makapal na mga stack para sa pagtatago ng enerhiya, tulad ng vertebrae sa isang gulugod. Dahil sa pagkakaroon ng natatanging disenyo na ito, ang density ng enerhiya ng baterya ay nalilimitahan lamang ng paayon na porsyento ng mga tulad ng vertebra stack na kumpara sa buong haba ng aparato, na madaling maabot ang higit sa 90 porsyento.
Ang pagsubok sa prototype sa pamamagitan ng pagbibisikleta, natagpuan nila ang matatag na balangkas ng boltahe, nakumpirma ang katatagan ng mekanikal ng kanilang prototype. Pinabaluktot at pinilipit din nila ito kahit na pagkatapos ng paglabas ngunit ang disenyo ay perpekto na hindi ito nakakaapekto sa balangkas ng boltahe. Ang pagsubok ay isinasagawa sa pamamagitan ng paglalagay ng baterya na may mas mataas na kasalukuyang density at pagpapanatili ng kapasidad ay mataas din (84 porsyento sa 3C, ang singil sa 1/3 ng isang oras). Naipasa rin ng prototype ang dynamic na pagsubok sa pag-load ng mekanikal.
"Ang aming disenyo na tulad ng gulugod ay mas malakas sa mekanikal kaysa sa mga maginoo na disenyo," sabi ni Yang. "Inaasahan namin na ang aming bio-inspired, scalable na paraan upang makagawa ng kakayahang umangkop na mga baterya ng Li-ion ay maaaring maisulong nang husto ang komersyalisasyon ng mga kakayahang umangkop na aparato."