تولید طویل ترین باتری فیبر انعطاف پذیر جهان

باتری قابل شارژ می تواند بافته و شسته شود و می تواند انرژی دستگاه های الکترونیکی مبتنی بر فیبر و حسگرها را تامین کند.

محققان یک باتری لیتیوم یونی قابل شارژ به شکل یک فیبر فوق‌العاده بلند ساخته‌اند که می‌تواند در پارچه‌ها بافته شود.این باتری می‌تواند طیف گسترده‌ای از دستگاه‌های الکترونیکی پوشیدنی را فعال کند، و حتی ممکن است برای ساخت باتری‌های پرینت سه بعدی تقریباً به هر شکلی مورد استفاده قرار گیرد.

محققان امکانات جدیدی را برای ارتباطات، حسگر و محاسباتی که می‌توانند مانند لباس‌های معمولی پوشیده شوند، و همچنین دستگاه‌هایی که باتری‌های آن‌ها می‌توانند به‌عنوان بخش‌های ساختاری عمل کنند، پیش‌بینی می‌کنند.بسیاری از اینها قابل بافتن و شستشو هستند، و برای استفاده در محصولات پوشیدنی کاربردی هستند، اما همه آنها تاکنون به یک منبع تغذیه خارجی متکی بوده اند.

در یک اثبات مفهومی، تیم سازنده فناوری جدید باتری، طولانی‌ترین باتری فیبر انعطاف‌پذیر جهان را به طول 140 متر تولید کرده است تا نشان دهد که این ماده می‌تواند به طول دلخواه تولید شود، این کار امروز در مجله Materials Today شرح داده شده است. Tural Khudiyev فوق دکترای MIT  (اکنون استادیار دانشگاه ملی سنگاپور)، Jung Tae Lee فوق دکترای سابق MIT  (اکنون استاد دانشگاه کیونگ هی) و دکتر  Benjamin Grena (در حال حاضر در اپل) نویسندگان اصلی مقاله هستند. سایر نویسندگان مشترک، استادان MIT، یوئل فینک، جو لی، و جان جوآنوپولوس، و هفت نفر دیگر در MIT  هستند.

محققان، قبلا فیبرهایی را نشان داده‌اند که حاوی طیف گسترده‌ای از اجزای الکترونیکی، از جمله دیودهای ساطع نور (LED)، حسگرهای نوری، ارتباطات و سیستم‌های دیجیتال هستند.اکنون، این باتری فیبری که قابل بافتن و شستشو نیز می باشد، می تواند این گونه دستگاه ها را به طور کامل در خود نگه دارد.

باتری فیبر جدید با استفاده از ژل های باتری جدید و یک سیستم کشش فیبر استاندارد تولید می شود که با یک سیلندر بزرگتر شامل تمام اجزا شروع می شود و سپس آن را تا زیر نقطه ذوب خود گرم می کند.این ماده از طریق یک دهانه باریک کشیده می شود تا تمام قطعات به کسری از قطر اصلی آنها فشرده شود و در عین حال آرایش اصلی قطعات حفظ شود.

خودیف می‌گوید در حالی که دیگران تلاش کرده‌اند باتری‌هایی به شکل فیبر بسازند، آنها با مواد کلیدی در قسمت بیرونی فیبر ساخته شده بودند، در حالی که این سیستم لیتیوم و سایر مواد را در داخل فیبر با یک پوشش محافظ بیرونی تعبیه می کند، بنابراین مستقیماً این نسخه را پایدار و ضد آب می کند. او می‌گوید: این اولین نمایش باتری فیبری زیر کیلومتری است که به اندازه کافی طولانی و بادوام است تا کاربردهای عملی داشته باشد.

او می‌گوید این واقعیت که آنها توانستند یک باتری فیبر 140 متری بسازند نشان می‌دهد که "هیچ محدودیت آشکاری برای طول وجود ندارد. ما قطعاً می‌توانیم طولی در مقیاس کیلومتر را انجام دهیم." او می‌گوید. یک دستگاه نمایشی با استفاده از باتری فیبر جدید یک سیستم ارتباطی "Li-Fi" را در خود جای داده است ، سیستمی که در آن از پالس‌های نور برای انتقال داده‌ها استفاده می‌شود  پیش تقویت کننده، ترانزیستور و دیودها برای ایجاد یک پیوند داده نوری بین دو دستگاه پارچه بافته شده و شامل یک میکروفون نیز می‌شود.

خودیف می‌گوید: "وقتی مواد فعال را در داخل فیبر جاسازی می‌کنیم، به این معنی است که اجزای حساس باتری از قبل آب‌بندی خوبی دارند، و همه مواد فعال به خوبی یکپارچه شده‌اند، بنابراین موقعیت خود را در طول طراحی تغییر نمی‌دهند".  علاوه بر این، باتری فیبر به دست آمده بسیار نازک‌تر و انعطاف‌پذیرتر است و  استفاده از تجهیزات استاندارد بافندگی را عملی می‌کند.

او می گوید فیبر 140 متری تولید شده تاکنون دارای ظرفیت ذخیره انرژی 123 میلی آمپر ساعت است که می تواند ساعت های هوشمند یا تلفن ها را شارژ کند. دستگاه فیبر تنها چند صد میکرون ضخامت دارد که از هر تلاش قبلی برای تولید باتری به شکل فیبر نازک‌تر است.

لی می‌گوید: زیبایی رویکرد ما این است که می‌توانیم چندین دستگاه را در یک فیبر مجزا تعبیه کنیم (بر خلاف روش‌های دیگر که نیاز به ادغام چندین دستگاه فیبر دارند). آن‌ها ادغام باتری LED و لیتیوم یون را در یک فیبر واحد نشان دادند. او معتقد است که بیش از سه یا چهار دستگاه را می توان در چنین فضای کوچکی در آینده ترکیب کرد. وقتی ما این فیبرهای حاوی چند دستگاه را با هم ادغام می کنیم، در نهایت باعث پیشرفت یک کامپیوتر پارچه ای فشرده می شود.

علاوه بر الیاف تک بعدی که می توانند برای تولید پارچه های دو بعدی بافته شوند، این ماده همچنین می تواند در پرینت سه بعدی یا سیستم های سفارشی شکل برای ایجاد اجسام جامد استفاده شود، مانند محفظه هایی که می توانند ساختار دستگاه و منبع تغذیه آن را تامین کنند. برای نشان دادن این قابلیت، یک زیردریایی اسباب‌بازی با فیبر باتری پیچیده شد تا انرژی آن را تامین کند. گنجاندن منبع تغذیه در ساختار چنین دستگاه هایی می تواند وزن کلی را کاهش دهد و در نتیجه راندمان و برد آنها را بهبود بخشد.

خودیف می‌گوید: این اولین چاپ سه‌بعدی یک دستگاه باتری فیبر است. او می‌گوید: اگر می‌خواهید اشیاء پیچیده‌ای را از طریق پرینت سه بعدی بسازید که دارای یک دستگاه باتری هستند، این اولین سیستمی است که می‌تواند به آن دست یابد. بعد از چاپ، نیازی به اضافه کردن چیز دیگری ندارید، زیرا همه چیز در داخل فیبر، تمام فلزات، همه مواد فعال است. این فقط یک چاپ یک مرحله ای است. این اولین است.

به گفته او، این بدان معناست که اکنون واحدهای محاسباتی را می توان در داخل اشیاء روزمره، از جمله Li-Fi قرار داد.همچنین می گوید: چنین باتری های فیبری می توانند ظرف چند سال برای استفاده در محصولات تجاری آماده شوند.

منبع: sciencedaily