Flexibele wearables hebben dito batterijen nodig en dus komen wetenschappers nu met een wel heel stretchbare variant.

Batterijen heb je in alle vormen en maten. Van grote staven tot kleine platte. Maar die zijn niet bepaald rekbaar. En zoiets is wel nodig als je het hebt over apparaten die op of zelfs in je lichaam kunnen worden gedragen om je gezondheid in de gaten te houden. Onderzoekers van de Universiteit van Nanjing komen nu enorm rekbare vaste lithium-ion-batterij. Ze publiceerden erover in ACS Energy Letters.

Lees ook:

• Implanteerbare batterij wekt stroom op met zuurstof in je bloed
• Brandveiligere batterij kan dodelijke batterijbranden voorkomen
• Betavolt belooft batterij die 50 jaar stroom levert – zonder op te laden

Uitgeputte batterijen

Batterijen voor flexibele elektronica worden tot nu toe vaak gemaakt van een soort geweven geleidend textiel (bijvoorbeeld voor verwerking in een kledingstuk). Of het gaat om stugge componenten die zich kunnen uitrekken door te vouwen als de Japanse vouwkunst origami.

Maar voor een goed vormbare batterij is het nodig dat elke onderdeel ervan elastisch is, van elektroden tot aan de laag elektrolyt, het spul dat elektronen vervoert. Zulke batterijen bestaan al wel, maar is er altijd wel een compromis nodig. De rekbaarheid is bijvoorbeeld maar beperkt, het geheel is lastig te produceren of de batterij is te snel ‘uitgeput’.

Dubbele boterham

Aan dat laatste besloten Wen-Yong Lai en collega’s wat te doen. Door een soort dubbele boterham te maken met allerlei laagjes hoopten zij beter contact te krijgen tussen elektroden en elektrolyten, waardoor de opslagcapaciteit toeneemt en de batterij het langer uithoudt.

Die elektroden vormen het ‘beleg’ van de boterham. Die bestaan uit een geleidende pasta gemaakt van zilveren nanodraden, carbon black (roetdeeltjes, gebruikt in rubber en verfpigment) en op lithium- gebaseerde materialen.

Beschermende coating

De ‘snee brood’ is gevormd door een laagje polydimethylsiloxaan (DMSO) – materiaal dat je ook vindt in contactlenzen en als E900 wordt toegevoegd aan onder meer soepen, jams en groente- en fruitconserven – en een laagje sterk geleidend lithium-zout.

Na dat ‘brood’ volgt een nieuwe laag pasta, met de andere elektrode, en ten slotte weer een ‘snee brood’. Het geheel wordt bewaard in een ‘boterhamzakje’, of in het geval van de batterij: een beschermende coating.

Upgrades nodig

Wanneer de batterij nu wordt geactiveerd door licht, combineren al die verschillende lagen tot een vast rubberachtig materiaal dat tot wel 5000 procent van zijn originele lengte kan uitrekken. Verder blijkt uit testen van Lai en zijn team dat hij bij snelladen een zesmaal hogere gemiddelde ladingscapaciteit laat zien.

Ook na 67 rondes van laden en ontladen, bleek de batterij stabiel te blijven. De onderzoekers denken dat het allemaal nog beter kan en werken nu aan upgrades. Zelf zien zij het concept van de vaste batterij als flexibele energiedrager voor wearables en implantaten in ieder geval als veelbelovend.

Bronnen: ACS Energy Letters, American Chemical Society via EurekAlert!

Beeld: Adapted from ACS Energy Letters 2024, DOI: 10.1021/acsenergylett.4c01254

Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Word dan lid van KIJK!