یک باتری انعطاف پذیر هوشمند با تغییر رنگ و با راندمان فوق العاده بالا

1 سپتامبر 2023 -توسط KAIST

باتری یون روی الکتروکرومیک که آند آن از پلیمری ساخته شده است که در صورت شارژ شدن به رنگ آبی تیره و در هنگام تخلیه شفاف می شود. اعتبار Advanced Materials (2023). DOI

با رشد سریع بازار دستگاه‌های الکترونیکی هوشمند و پوشیدنی، سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی هوشمند نسل بعدی که دارای عملکرد ذخیره‌سازی انرژی و همچنین ویژگی‌های اضافی تغییر رنگ هستند، توجه زیادی را به خود جلب می‌کنند. با این حال، دستگاه های الکتروکرومیک موجود دارای رسانایی الکتریکی پایینی هستند که منجر به راندمان پایین در تحرک الکترون و یون و ظرفیت ذخیره سازی پایین می شود. بنابراین، چنین باتری هایی برای استفاده در دستگاه های قابل انعطاف و پوشیدنی محدود شده اند.

در 21 آگوست، یک تیم تحقیقاتی مشترک به سرپرستی پروفسور ایل-دو کیم از دپارتمان علوم و مهندسی مواد KAIST (DMSE) و پروفسور Tae Gwang Yun از گروه علوم و مهندسی مواد دانشگاه Myongji توسعه یک Zn الکتروکرومیک هوشمند را اعلام کردند. باتری یونی که می تواند به صورت بصری فرآیندهای شارژ و دشارژ خود را با استفاده از یک آند پلیمری الکتروکرومیک ترکیب شده با فاصله کننده پل π نشان دهد که کارایی تحرک الکترون و یون را افزایش می دهد.

تحقیقات آنها به عنوان یک مقاله جلد داخلی برای Advanced Materials در 3 آگوست تحت عنوان “A π-Bridge Spacer Embedded Electron Donor-Acceptor Polymer for Flexible Electrochromic Zn-Ion Batteries” منتشر شد.

باتری هایی که دارای خواص الکتروکرومیک هستند، اختراعات پیشگامانه ای هستند که می توانند حالت شارژ و دشارژ خود را با استفاده از رنگ ها به صورت بصری نشان دهند و می توانند به عنوان دستگاه های نمایشگر استفاده شوند که با کنترل جذب خورشیدی، مصرف انرژی را برای خنک سازی داخل خانه کاهش می دهند. تیم تحقیقاتی با موفقیت یک باتری یون روی هوشمند انعطاف پذیر و الکتروکرومیک ساخت که می تواند خواص الکتروکرومیک و الکتروشیمیایی عالی خود را حتی تحت قرار گرفتن طولانی مدت در معرض جو و تغییر شکل های مکانیکی حفظ کند.

برای به حداکثر رساندن کارایی تحرک الکترون و یون، این تیم اولین آند پلیمری ترکیب‌شده با فاصله‌گذار π-پل را در جهان مدل‌سازی و سنتز کردند. پیوند π می‌تواند تحرک الکترون‌ها را در یک ساختار بهبود بخشد تا حرکت یونی را سرعت بخشد و کارایی جذب یون را به حداکثر برساند، که ظرفیت ذخیره‌سازی انرژی آن را بهبود می‌بخشد.

در باتری‌های مبتنی بر آند با فاصله‌گر پل π، فضایی برای حرکت سریع‌تر یون فراهم می‌کند. این امکان شارژ سریع، بهبود ظرفیت تخلیه یون روی 110 میلی آمپر بر گرم را فراهم می کند، که 40 درصد بیشتر از آنچه قبلا گزارش شده است، و 30 درصد افزایش عملکرد الکتروکرومیک که هنگام شارژ/دشارژ دستگاه از آبی تیره به شفاف تغییر می کند.

علاوه بر این، اگر فناوری باتری انعطاف‌پذیر شفاف در پنجره‌های هوشمند اعمال شود، در طول روز رنگ‌های تیره‌تری را نشان می‌دهند و انرژی خورشیدی را جذب می‌کنند و به عنوان یک تکنیک ذخیره‌سازی انرژی آینده‌نگر عمل می‌کنند که می‌تواند اشعه UV را مسدود کرده و پرده‌ها را جایگزین کند.

پروفسور Il-Doo Kim گفت: “ما پلیمری را توسعه داده‌ایم که با یک فاصله‌گر پل π ترکیب شده است و با موفقیت یک باتری هوشمند Zn-ion با راندمان الکتروکرومیک عالی و ظرفیت ذخیره‌سازی انرژی بالا ساخته‌ایم.” وی افزود: «این تکنیک فراتر از مفهوم موجود باتری‌هایی است که صرفاً به‌عنوان وسیله ذخیره‌سازی انرژی مورد استفاده قرار می‌گیرند، و ما انتظار داریم که این فناوری به عنوان یک سیستم ذخیره‌سازی انرژی آینده‌نگر که نوآوری در باتری‌های هوشمند و فناوری‌های پوشیدنی را تسریع می‌کند، مورد استفاده قرار گیرد.»