Amerikaanse wetenschappers hebben een hydrogel ontwikkeld dat lithiumbatterijen rekbaar maakt. De stof is geschikt voor wearables.
Veel elektronische apparaten hebben een Li-ion-batterij, van laptops tot slimme horloges en elektrische auto. Lithiumbatterijen hebben veel kwaliteiten: je kan ze tot duizenden keren herladen voordat ze afslijten. Amerikaanse wetenschappers hebben een bijzondere batterij ontwikkeld die je kan buigen en uitrekken.
Onderzoekers van de Universiteit van Californië, Berkeley en Georgia Institute staken de koppen bijeen om een nieuwe elektrolyt voor lithiumbatterijen te ontwikkelen, op basis van een hydrogel met weinig water. Vergeleken met eerdere, gelijkaardige experimenten, bevat de elektrolyt geen fluor of andere giftige stoffen en combineert een hoge rekbaarheid met zelfherstellende eigenschappen.
De hydrogel bevat een fluorvrije lithiumzout en een polymerenstructuur die zorgt voor een stabiele iongeleiding. Dankzij moleculaire interacties met watermoleculen en lithiumionen blijft de elektrolyt functioneel onder normale luchtvochtigheid. De batterij werkt daarbij stabiel gedurende minstens een maand bij kamertemperatuur, zonder prestatieverlies. Ook onder mechanische stress zoals plooien, draaien en doorboringen behoudt de batterij haar capaciteit.
Buigen, plooien en snijden
Om die laatste claim te staven, onderwierpen de onderzoekers de batterij aan allerlei martelingen. De batterij werd gesneden met een scheermes, doorprikt met een naald en zelfs opgewarmd tot 70 °C. Het systeem kan zich herstellen en opnieuw functioneren. Het mechanisme steunt op omkeerbare chemische bindingen tussen functionele groepen in de hydrogel, waaronder ioneninteracties en waterstofbruggen.
Een prototype bestaande uit een rekbare batterij en een elektronische schakeling toonde aan dat het systeem een LED kan blijven aandrijven, zelfs na beschadiging en herstel. De elektrolyt lekt niet en is niet ontvlambaar, wat het veiliger maakt dan traditionele oplossingen met organische oplosmiddelen.
Deze technologie is volgens de onderzoekers toepasbaar in draagbare elektronica en zachte robots, waarbij flexibiliteit en veiligheid essentieel zijn. In toekomstige toepassingen willen ze het energiedichtheidsniveau verder verhogen door andere elektrodematerialen te gebruiken of het ontwerp te optimaliseren.