Бумажные литиевые ХИТы (08.10.2010)

Дальнейшее развитие современных устройств на элементной базе наноэлектроники требует лёгких, тонких и гибких вторичных химических источников тока, которые выдерживали бы многократные циклы зарядки/разрядки. На сегодняшний день почти во всех портативных устройствах используются литий-ионные или литий-полимерные аккумуляторы, обладающие высокой плотностью запасаемой энергии и длительным сроком службы, однако в их состав входят довольно много частей (в частности, токосъёмных полосок и соединительных контактов) из тяжёлых металлов: меди (~10 мг/см3) и алюминия (5 мг/см3).

Заменить тяжёлые металлы на более лёгкий материал из углеродных нанотрубок (~0,2 мг/см3) решилась группа учёных из стенфордского университета (США). Авторы недавно опубликованной работы предложили использовать “roll-to-roll” процесс для формирования на подложке из нержавеющей стали слоёв «бумаги» из УНТ и LTO (Li4Ti5O12) или LCO (LiCoO2), которые затем отслаивали от подложки и интегрировались с мембраной и вторым слоем УНТ бумаги (Рисунок 1). Однако самое необычное оказалось в том, что мембраной между двумя противоэлектродами может выступать обычная бумага для ксерокса! На Рисунке 2 представлены микрофотографии полученного бумажного сендвича, которые демонстрируют, что ксероксная бумага довольно плотная и предотвращает прямой контакт между противоэлектродами, не препятствуя диффузии ионов лития, а углеродные нанотрубки не проникли внутрь материала LTO или LCO. Также важно отметить, что полная толщина батарейки составляет всего ~300 мкм. Электрохимическое поведение и работа бумажной батарейки представлено на Рисунках 3 и 4. Пример создания стека из таких батарей продемонстрирован на Рисунках 5 и 6.

Как отмечают авторы работы, такие тонкие, гибкие и практически «невесомые» вторичные источники тока с лёгкостью найдут своё применение в множестве применений: от интегрированных RFID меток до умной одежды и портативных компьютеров.

Нанометр