Hong Kong CityU EES: മനുഷ്യ സന്ധികളിൽ നിന്ന് പ്രചോദനം ഉൾക്കൊണ്ട് ഫ്ലെക്സിബിൾ ലിഥിയം അയൺ ബാറ്ററി

ഗവേഷണ പശ്ചാത്തലം

ഇലക്ട്രോണിക് ഉൽപ്പന്നങ്ങളുടെ വർദ്ധിച്ചുവരുന്ന ആവശ്യം സമീപ വർഷങ്ങളിൽ വഴക്കമുള്ളതും ഉയർന്ന ഊർജ്ജ സാന്ദ്രതയുള്ളതുമായ സ്റ്റോറേജ് ഉപകരണങ്ങളുടെ ദ്രുതഗതിയിലുള്ള വികസനം പ്രോത്സാഹിപ്പിക്കുന്നു. ഫ്ലെക്സിബിൾ ലിഥിയം അയൺ ബാറ്ററികൾ ഉയർന്ന ഊർജ്ജ സാന്ദ്രതയും സ്ഥിരതയുള്ള ഇലക്ട്രോകെമിക്കൽ പ്രകടനവുമുള്ള (LIB-കൾ) ധരിക്കാവുന്ന ഇലക്ട്രോണിക് ഉൽപ്പന്നങ്ങൾക്ക് ഏറ്റവും മികച്ച ബാറ്ററി സാങ്കേതികവിദ്യയായി കണക്കാക്കപ്പെടുന്നു. നേർത്ത-ഫിലിം ഇലക്‌ട്രോഡുകളുടെയും പോളിമർ അധിഷ്‌ഠിത ഇലക്‌ട്രോഡുകളുടെയും ഉപയോഗം LIB-കളുടെ വഴക്കം ഗണ്യമായി മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നുണ്ടെങ്കിലും, ഇനിപ്പറയുന്ന പ്രശ്‌നങ്ങളുണ്ട്:

(1) ഒട്ടുമിക്ക ഫ്ലെക്സിബിൾ ബാറ്ററികളും "നെഗറ്റീവ് ഇലക്ട്രോഡ്-സെപ്പറേറ്റർ-പോസിറ്റീവ് ഇലക്ട്രോഡ്" കൊണ്ടാണ് അടുക്കിയിരിക്കുന്നത്, കൂടാതെ മൾട്ടി ലെയർ സ്റ്റാക്കുകൾക്കിടയിലുള്ള അവയുടെ പരിമിതമായ വൈകല്യവും സ്ലിപ്പേജും LIB-കളുടെ മൊത്തത്തിലുള്ള പ്രകടനത്തെ നിയന്ത്രിക്കുന്നു;

(2) മടക്കിക്കളയൽ, വലിച്ചുനീട്ടൽ, വളയുക, സങ്കീർണ്ണമായ രൂപഭേദം എന്നിവ പോലുള്ള ചില ഗുരുതരമായ സാഹചര്യങ്ങളിൽ, ബാറ്ററിയുടെ പ്രകടനം ഉറപ്പുനൽകാൻ ഇതിന് കഴിയില്ല;

(3) ഡിസൈൻ തന്ത്രത്തിന്റെ ഒരു ഭാഗം നിലവിലെ മെറ്റൽ കളക്ടറുടെ രൂപഭേദം അവഗണിക്കുന്നു.

അതിനാൽ, ഒരേസമയം അതിന്റെ ചെറിയ വളയുന്ന ആംഗിൾ, ഒന്നിലധികം രൂപഭേദം മോഡുകൾ, മികച്ച മെക്കാനിക്കൽ ഡ്യൂറബിലിറ്റി, ഉയർന്ന ഊർജ്ജ സാന്ദ്രത എന്നിവ കൈവരിക്കുന്നത് ഇപ്പോഴും നിരവധി വെല്ലുവിളികളെ അഭിമുഖീകരിക്കുന്നു.

അവതാരിക

അടുത്തിടെ, ഹോങ്കോങ്ങിലെ സിറ്റി യൂണിവേഴ്സിറ്റിയിലെ പ്രൊഫസർ ചുന്നി ഷിയും ഡോ. ​​ക്യൂപ്പിംഗ് ഹാനും ചേർന്ന് എനർജി എൻവയണിൽ "ഹ്യൂമൻ ജോയിന്റ് ഇൻസ്പൈർഡ് സ്ട്രക്ചറൽ ഡിസൈൻ ഫോർ ബെൻഡബിൾ/ഫോൾഡബിൾ/സ്ട്രെച്ചബിൾ/ട്വിസ്റ്റബിൾ ബാറ്ററി: അച്ചീവിംഗ് മൾട്ടിപ്പിൾ ഡിഫോർമബിലിറ്റി" എന്ന പേരിൽ ഒരു പ്രബന്ധം പ്രസിദ്ധീകരിച്ചു. ശാസ്ത്രം ഈ സൃഷ്ടി മനുഷ്യ സന്ധികളുടെ ഘടനയിൽ നിന്ന് പ്രചോദനം ഉൾക്കൊണ്ട് സംയുക്ത സംവിധാനത്തിന് സമാനമായ ഒരു തരം ഫ്ലെക്സിബിൾ LIB-കൾ രൂപകൽപ്പന ചെയ്‌തു. ഈ പുതിയ രൂപകൽപ്പനയെ അടിസ്ഥാനമാക്കി, തയ്യാറാക്കിയതും വഴക്കമുള്ളതുമായ ബാറ്ററിക്ക് ഉയർന്ന ഊർജ്ജ സാന്ദ്രത കൈവരിക്കാനും 180°-ൽ വളയുകയോ മടക്കുകയോ ചെയ്യാം. അതേസമയം, ഘടനാപരമായ ഘടന വ്യത്യസ്ത വൈൻഡിംഗ് രീതികളിലൂടെ മാറ്റാൻ കഴിയും, അതുവഴി വഴക്കമുള്ള LIB-കൾക്ക് സമ്പന്നമായ രൂപഭേദം വരുത്താനുള്ള കഴിവുണ്ട്, കൂടുതൽ കഠിനവും സങ്കീർണ്ണവുമായ വൈകല്യങ്ങളിൽ (വൈൻഡിംഗ് ആൻഡ് ട്വിസ്റ്റിംഗ്) പ്രയോഗിക്കാൻ കഴിയും, മാത്രമല്ല വലിച്ചുനീട്ടാനും കഴിയും, കൂടാതെ അവയുടെ രൂപഭേദം വരുത്താനുള്ള കഴിവുകളും ഫ്ലെക്സിബിൾ എൽഐബികളുടെ മുൻ റിപ്പോർട്ടുകൾക്കപ്പുറം. ഫിനിറ്റ് എലമെന്റ് സിമുലേഷൻ വിശകലനം, ഈ പേപ്പറിൽ രൂപകൽപ്പന ചെയ്ത ബാറ്ററി, വിവിധ കഠിനവും സങ്കീർണ്ണവുമായ വൈകല്യങ്ങൾക്ക് കീഴിൽ നിലവിലെ മെറ്റൽ കളക്ടറുടെ മാറ്റാനാവാത്ത പ്ലാസ്റ്റിക് രൂപഭേദം വരുത്തില്ലെന്ന് സ്ഥിരീകരിച്ചു. അതേ സമയം, അസംബിൾ ചെയ്ത സ്ക്വയർ യൂണിറ്റ് ബാറ്ററിക്ക് 371.9 Wh/L വരെ ഊർജ്ജ സാന്ദ്രത കൈവരിക്കാൻ കഴിയും, ഇത് പരമ്പരാഗത സോഫ്റ്റ് പാക്ക് ബാറ്ററിയുടെ 92.9% ആണ്. കൂടാതെ, 200,000 തവണ ഡൈനാമിക് ബെൻഡിംഗിനും 25,000 തവണ ഡൈനാമിക് ഡിസ്റ്റോർഷനും ശേഷവും സ്ഥിരമായ സൈക്കിൾ പ്രകടനം നിലനിർത്താൻ ഇതിന് കഴിയും.

കൂട്ടിച്ചേർത്ത സിലിണ്ടർ യൂണിറ്റ് സെല്ലിന് കൂടുതൽ കഠിനവും സങ്കീർണ്ണവുമായ വൈകല്യങ്ങളെ നേരിടാൻ കഴിയുമെന്ന് കൂടുതൽ ഗവേഷണങ്ങൾ കാണിക്കുന്നു. 100,000-ലധികം ഡൈനാമിക് സ്‌ട്രെച്ചിംഗുകൾ, 20,000 ട്വിസ്റ്റുകൾ, 100,000 ബെൻഡിംഗ് ഡിഫോർമേഷനുകൾ എന്നിവയ്‌ക്ക് ശേഷം, ഇതിന് ഇപ്പോഴും 88%-ൽ കൂടുതൽ ഉയർന്ന ശേഷി കൈവരിക്കാൻ കഴിയും - നിലനിർത്തൽ നിരക്ക്. അതിനാൽ, ഈ പേപ്പറിൽ നിർദ്ദേശിച്ചിരിക്കുന്ന ഫ്ലെക്സിബിൾ എൽഐബികൾ ധരിക്കാവുന്ന ഇലക്ട്രോണിക്സിൽ പ്രായോഗിക ആപ്ലിക്കേഷനുകൾക്ക് ഒരു വലിയ സാധ്യത നൽകുന്നു.

ഗവേഷണ ഹൈലൈറ്റുകൾ

1) മനുഷ്യ സന്ധികളിൽ നിന്ന് പ്രചോദനം ഉൾക്കൊണ്ടുള്ള ഫ്ലെക്സിബിൾ എൽഐബികൾക്ക് വളവ്, വളച്ചൊടിക്കൽ, വലിച്ചുനീട്ടൽ, വളയുന്ന വൈകല്യങ്ങൾ എന്നിവയിൽ സ്ഥിരമായ സൈക്കിൾ പ്രകടനം നിലനിർത്താൻ കഴിയും;

(2) ഒരു ചതുരാകൃതിയിലുള്ള ഫ്ലെക്സിബിൾ ബാറ്ററി ഉപയോഗിച്ച്, ഇതിന് 371.9 Wh/L വരെ ഊർജ്ജ സാന്ദ്രത കൈവരിക്കാൻ കഴിയും, ഇത് പരമ്പരാഗത സോഫ്റ്റ്-പാക്ക് ബാറ്ററിയുടെ 92.9% ആണ്;

(3) വ്യത്യസ്ത വൈൻഡിംഗ് രീതികൾക്ക് ബാറ്ററി സ്റ്റാക്കിന്റെ ആകൃതി മാറ്റാനും ബാറ്ററിക്ക് മതിയായ വൈകല്യം നൽകാനും കഴിയും.

ഗ്രാഫിക് ഗൈഡ്

ഉയർന്ന അളവിലുള്ള ഊർജ്ജ സാന്ദ്രതയും കൂടുതൽ സങ്കീർണ്ണമായ രൂപഭേദവും ഉറപ്പാക്കുന്നതിന് പുറമേ, ഘടനാപരമായ രൂപകൽപ്പന നിലവിലെ കളക്ടറുടെ പ്ലാസ്റ്റിക് രൂപഭേദം ഒഴിവാക്കണമെന്ന് ഗവേഷണങ്ങൾ തെളിയിച്ചിട്ടുണ്ട്. നിലവിലെ കളക്ടറുടെ പ്ലാസ്റ്റിക് രൂപഭേദവും മാറ്റാനാകാത്ത കേടുപാടുകളും ഒഴിവാക്കാൻ ബെൻഡിംഗ് പ്രക്രിയയിൽ കറണ്ട് കളക്ടർക്ക് ചെറിയ വളയുന്ന ആരം ഉണ്ടാകുന്നത് തടയുക എന്നതാണ് നിലവിലെ കളക്ടറുടെ ഏറ്റവും മികച്ച രീതിയെന്ന് ഫിനിറ്റ് എലമെന്റ് സിമുലേഷൻ കാണിക്കുന്നു.

ചിത്രം 1a മനുഷ്യ സന്ധികളുടെ ഘടന കാണിക്കുന്നു, അതിൽ സമർത്ഥമായി വലിയ വളഞ്ഞ ഉപരിതല രൂപകൽപ്പന സന്ധികളെ സുഗമമായി തിരിക്കാൻ സഹായിക്കുന്നു. ഇതിന്റെ അടിസ്ഥാനത്തിൽ, ചിത്രം 1b ഒരു സാധാരണ ഗ്രാഫൈറ്റ് ആനോഡ് / ഡയഫ്രം / ലിഥിയം കോബാൾട്ടേറ്റ് (LCO) ആനോഡ് കാണിക്കുന്നു, ഇത് ചതുരാകൃതിയിലുള്ള കട്ടിയുള്ള സ്റ്റാക്ക് ഘടനയിൽ മുറിവുണ്ടാക്കാം. ജംഗ്ഷനിൽ, രണ്ട് കട്ടിയുള്ള കർക്കശമായ സ്റ്റാക്കുകളും ഒരു ഫ്ലെക്സിബിൾ ഭാഗവും അടങ്ങിയിരിക്കുന്നു. അതിലും പ്രധാനമായി, കട്ടിയുള്ള സ്റ്റാക്കിന് ജോയിന്റ് ബോൺ കവറിനു തുല്യമായ വളഞ്ഞ പ്രതലമുണ്ട്, ഇത് ബഫർ മർദ്ദത്തെ സഹായിക്കുകയും ഫ്ലെക്സിബിൾ ബാറ്ററിയുടെ പ്രാഥമിക ശേഷി നൽകുകയും ചെയ്യുന്നു. ഇലാസ്റ്റിക് ഭാഗം ഒരു ലിഗമെന്റായി പ്രവർത്തിക്കുന്നു, കട്ടിയുള്ള സ്റ്റാക്കുകളെ ബന്ധിപ്പിക്കുകയും വഴക്കം നൽകുകയും ചെയ്യുന്നു (ചിത്രം 1 സി). ചതുരാകൃതിയിലുള്ള ചിതയിലേക്ക് വളയുന്നതിന് പുറമേ, സിലിണ്ടർ അല്ലെങ്കിൽ ത്രികോണാകൃതിയിലുള്ള സെല്ലുകളുള്ള ബാറ്ററികളും വൈൻഡിംഗ് രീതി മാറ്റിക്കൊണ്ട് നിർമ്മിക്കാം (ചിത്രം 1d). സ്ക്വയർ എനർജി സ്റ്റോറേജ് യൂണിറ്റുകളുള്ള ഫ്ലെക്സിബിൾ LIB-കൾക്കായി, വളയുന്ന പ്രക്രിയയിൽ (ചിത്രം 1e) കട്ടിയുള്ള സ്റ്റാക്കിന്റെ ആർക്ക് ആകൃതിയിലുള്ള ഉപരിതലത്തിൽ പരസ്പരം ബന്ധിപ്പിച്ചിരിക്കുന്ന സെഗ്‌മെന്റുകൾ ഉരുട്ടും, അതുവഴി വഴക്കമുള്ള ബാറ്ററിയുടെ ഊർജ്ജ സാന്ദ്രത ഗണ്യമായി വർദ്ധിപ്പിക്കും. കൂടാതെ, ഇലാസ്റ്റിക് പോളിമർ എൻക്യാപ്‌സുലേഷനിലൂടെ, സിലിണ്ടർ യൂണിറ്റുകളുള്ള ഫ്ലെക്സിബിൾ എൽഐബികൾക്ക് വലിച്ചുനീട്ടാവുന്നതും വഴക്കമുള്ളതുമായ ഗുണങ്ങൾ നേടാനാകും (ചിത്രം 1f).

ചിത്രം 1 (എ) അദ്വിതീയ ലിഗമെന്റ് കണക്ഷന്റെയും വളഞ്ഞ പ്രതലത്തിന്റെയും രൂപകൽപ്പന വഴക്കം നേടുന്നതിന് അത്യാവശ്യമാണ്; (ബി) വഴക്കമുള്ള ബാറ്ററി ഘടനയുടെയും നിർമ്മാണ പ്രക്രിയയുടെയും സ്കീമാറ്റിക് ഡയഗ്രം; (സി) അസ്ഥി കട്ടിയുള്ള ഇലക്ട്രോഡ് സ്റ്റാക്കിനോട് യോജിക്കുന്നു, ലിഗമെന്റ് അൺറോൾ ചെയ്യാത്ത (ഡി) സിലിണ്ടർ, ത്രികോണ സെല്ലുകളുള്ള ഫ്ലെക്സിബിൾ ബാറ്ററി ഘടനയുമായി യോജിക്കുന്നു; (ഇ) സ്ക്വയർ സെല്ലുകളുടെ സ്കീമാറ്റിക് ഡയഗ്രം സ്റ്റാക്കിംഗ്; (എഫ്) സിലിണ്ടർ സെല്ലുകളുടെ സ്ട്രെച്ചിംഗ് ഡിഫോർമേഷൻ.

മെക്കാനിക്കൽ സിമുലേഷൻ വിശകലനത്തിന്റെ കൂടുതൽ ഉപയോഗം വഴക്കമുള്ള ബാറ്ററി ഘടനയുടെ സ്ഥിരത സ്ഥിരീകരിച്ചു. ഒരു സിലിണ്ടറിലേക്ക് വളയുമ്പോൾ (2° റേഡിയൻ) ചെമ്പ്, അലുമിനിയം ഫോയിൽ എന്നിവയുടെ സമ്മർദ്ദ വിതരണം ചിത്രം 180a കാണിക്കുന്നു. ചെമ്പ്, അലുമിനിയം ഫോയിൽ എന്നിവയുടെ സമ്മർദ്ദം അവയുടെ വിളവ് ശക്തിയേക്കാൾ വളരെ കുറവാണെന്ന് ഫലങ്ങൾ കാണിക്കുന്നു, ഈ രൂപഭേദം പ്ലാസ്റ്റിക് രൂപഭേദം വരുത്തില്ലെന്ന് സൂചിപ്പിക്കുന്നു. നിലവിലെ മെറ്റൽ കളക്ടർക്ക് മാറ്റാനാവാത്ത കേടുപാടുകൾ ഒഴിവാക്കാൻ കഴിയും.

ചിത്രം 2b, വളയുന്നതിന്റെ അളവ് കൂടുമ്പോൾ സ്ട്രെസ് ഡിസ്ട്രിബ്യൂഷൻ കാണിക്കുന്നു, കൂടാതെ കോപ്പർ ഫോയിലിന്റെയും അലുമിനിയം ഫോയിലിന്റെയും സമ്മർദ്ദം അവയുടെ ആദായ ശക്തിയേക്കാൾ കുറവായിരിക്കും. അതിനാൽ, നല്ല ഈട് നിലനിർത്തിക്കൊണ്ട് ഘടനയ്ക്ക് മടക്കാവുന്ന രൂപഭേദം നേരിടാൻ കഴിയും. വളയുന്ന രൂപഭേദം കൂടാതെ, സിസ്റ്റത്തിന് ഒരു നിശ്ചിത അളവിലുള്ള വികലത കൈവരിക്കാൻ കഴിയും (ചിത്രം 2 സി).

സിലിണ്ടർ യൂണിറ്റുകളുള്ള ബാറ്ററികൾക്ക്, സർക്കിളിന്റെ അന്തർലീനമായ സ്വഭാവസവിശേഷതകൾ കാരണം, അത് കൂടുതൽ കഠിനവും സങ്കീർണ്ണവുമായ രൂപഭേദം കൈവരിക്കാൻ കഴിയും. അതിനാൽ, ബാറ്ററി 180o ആയി മടക്കിയാൽ (ചിത്രം 2d, e), യഥാർത്ഥ നീളത്തിന്റെ 140% വരെ നീട്ടി (ചിത്രം 2f), 90o ആയി വളച്ചൊടിക്കുക (ചിത്രം 2g), അതിന് മെക്കാനിക്കൽ സ്ഥിരത നിലനിർത്താൻ കഴിയും. കൂടാതെ, ബെൻഡിംഗ് + ട്വിസ്റ്റിംഗ്, വൈൻഡിംഗ് ഡിഫോർമേഷൻ എന്നിവ പ്രത്യേകം പ്രയോഗിക്കുമ്പോൾ, രൂപകല്പന ചെയ്ത എൽഐബികളുടെ ഘടന, വിവിധ കഠിനവും സങ്കീർണ്ണവുമായ വൈകല്യങ്ങൾക്ക് കീഴിൽ നിലവിലെ മെറ്റൽ കളക്ടറുടെ മാറ്റാനാവാത്ത പ്ലാസ്റ്റിക് രൂപഭേദം വരുത്തില്ല.

ചിത്രം 2 (ac) വളയുന്നതിനും മടക്കുന്നതിനും വളച്ചൊടിക്കുന്നതിനും കീഴിലുള്ള ഒരു ചതുര സെല്ലിന്റെ ഫിനിറ്റ് എലമെന്റ് സിമുലേഷൻ ഫലങ്ങൾ; (di) വളയുക, മടക്കുക, വലിച്ചുനീട്ടുക, വളച്ചൊടിക്കുക, വളയുക + വളച്ചൊടിക്കുക, വളയുക എന്നിവയ്ക്ക് കീഴിലുള്ള ഒരു സിലിണ്ടർ സെല്ലിന്റെ ഫിനിറ്റ് എലമെന്റ് സിമുലേഷൻ ഫലങ്ങൾ.

രൂപകൽപ്പന ചെയ്ത ഫ്ലെക്സിബിൾ ബാറ്ററിയുടെ ഇലക്ട്രോകെമിക്കൽ പ്രകടനം വിലയിരുത്തുന്നതിന്, ഡിസ്ചാർജ് ശേഷിയും സൈക്കിൾ സ്ഥിരതയും പരിശോധിക്കുന്നതിനുള്ള കാഥോഡ് മെറ്റീരിയലായി LiCoO2 ഉപയോഗിച്ചു. ചിത്രം 3a-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, 1 സി മാഗ്‌നിഫിക്കേഷനിൽ വിമാനം വളയാനും വളയാനും മടക്കാനും വളച്ചൊടിക്കാനും രൂപഭേദം വരുത്തിയ ശേഷം ചതുര സെല്ലുകളുള്ള ബാറ്ററിയുടെ ഡിസ്ചാർജ് കപ്പാസിറ്റി ഗണ്യമായി കുറയുന്നില്ല, അതായത് മെക്കാനിക്കൽ വൈകല്യം രൂപകൽപ്പനയ്ക്ക് കാരണമാകില്ല. ഇലക്‌ട്രോകെമിക്കലി ആകാനുള്ള ഫ്ലെക്സിബിൾ ബാറ്ററി പെർഫോമൻസ് ഡ്രോപ്പ്. ഡൈനാമിക് ബെൻഡിംഗിനും (ചിത്രം 3 സി, ഡി), ഡൈനാമിക് ടോർഷനും (ചിത്രം 3 ഇ, എഫ്), ഒരു നിശ്ചിത എണ്ണം സൈക്കിളുകൾക്ക് ശേഷവും, ചാർജിംഗ്, ഡിസ്ചാർജിംഗ് പ്ലാറ്റ്‌ഫോം, ലോംഗ് സൈക്കിൾ പ്രകടനം എന്നിവയ്ക്ക് പ്രകടമായ മാറ്റങ്ങളൊന്നുമില്ല, അതായത് ആന്തരിക ഘടന ബാറ്ററി നന്നായി സംരക്ഷിക്കപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു.

ചിത്രം 3 (a) 1C-ന് താഴെയുള്ള സ്ക്വയർ യൂണിറ്റ് ബാറ്ററിയുടെ ചാർജും ഡിസ്ചാർജ് ടെസ്റ്റും; (ബി) വ്യത്യസ്ത വ്യവസ്ഥകളിൽ ചാർജും ഡിസ്ചാർജ് വക്രവും; (c, d) ഡൈനാമിക് ബെൻഡിംഗിന് കീഴിൽ, ബാറ്ററി സൈക്കിൾ പ്രകടനവും അനുബന്ധ ചാർജും ഡിസ്ചാർജ് കർവും; (ഇ, എഫ്) ഡൈനാമിക് ടോർഷനിൽ, ബാറ്ററിയുടെ സൈക്കിൾ പ്രകടനവും വ്യത്യസ്ത സൈക്കിളുകൾക്ക് കീഴിലുള്ള അനുബന്ധ ചാർജ്-ഡിസ്ചാർജ് വക്രവും.

സർക്കിളിന്റെ അന്തർലീനമായ സ്വഭാവസവിശേഷതകൾക്ക് നന്ദി, സിലിണ്ടർ മൂലകങ്ങളുള്ള ഫ്ലെക്സിബിൾ എൽഐബികൾക്ക് കൂടുതൽ തീവ്രവും സങ്കീർണ്ണവുമായ വൈകല്യങ്ങളെ നേരിടാൻ കഴിയുമെന്ന് സിമുലേഷൻ വിശകലന ഫലങ്ങൾ കാണിക്കുന്നു. അതിനാൽ, സിലിണ്ടർ യൂണിറ്റിന്റെ ഫ്ലെക്സിബിൾ എൽഐബികളുടെ ഇലക്ട്രോകെമിക്കൽ പ്രകടനം തെളിയിക്കാൻ, 1 സി നിരക്കിൽ ടെസ്റ്റ് നടത്തി, ബാറ്ററി വിവിധ രൂപഭേദം വരുത്തുമ്പോൾ, ഇലക്ട്രോകെമിക്കൽ പ്രകടനത്തിൽ ഏതാണ്ട് മാറ്റമൊന്നുമില്ലെന്ന് ഇത് കാണിച്ചു. രൂപഭേദം വോൾട്ടേജ് കർവ് മാറ്റാൻ ഇടയാക്കില്ല (ചിത്രം 4 എ, ബി).

സിലിണ്ടർ ബാറ്ററിയുടെ ഇലക്ട്രോകെമിക്കൽ സ്ഥിരതയും മെക്കാനിക്കൽ ഡ്യൂറബിലിറ്റിയും കൂടുതൽ വിലയിരുത്തുന്നതിന്, ഇത് 1 സി നിരക്കിൽ ബാറ്ററിയെ ഡൈനാമിക് ഓട്ടോമേറ്റഡ് ലോഡ് ടെസ്റ്റിന് വിധേയമാക്കി. ഡൈനാമിക് സ്ട്രെച്ചിംഗിന് ശേഷം (ചിത്രം 4 സി, ഡി), ഡൈനാമിക് ടോർഷൻ (ചിത്രം 4 ഇ, എഫ്) , കൂടാതെ ഡൈനാമിക് ബെൻഡിംഗ് + ടോർഷൻ (ചിത്രം 4g, h), ബാറ്ററി ചാർജ്-ഡിസ്ചാർജ് സൈക്കിൾ പ്രകടനവും അനുബന്ധ വോൾട്ടേജ് കർവും ബാധിക്കില്ല. വർണ്ണാഭമായ ഊർജ്ജ സംഭരണ ​​യൂണിറ്റുള്ള ബാറ്ററിയുടെ പ്രകടനം ചിത്രം 4i കാണിക്കുന്നു. ഡിസ്ചാർജ് കപ്പാസിറ്റി 133.3 mAm g-1 ൽ നിന്ന് 129.9 mAh g-1 ആയി കുറയുന്നു, കൂടാതെ ഒരു സൈക്കിളിലെ ശേഷി നഷ്ടം 0.04% മാത്രമാണ്, രൂപഭേദം അതിന്റെ സൈക്കിൾ സ്ഥിരതയെയും ഡിസ്ചാർജ് ശേഷിയെയും ബാധിക്കില്ലെന്ന് സൂചിപ്പിക്കുന്നു.

ചിത്രം 4 (എ) 1 സിയിൽ സിലിണ്ടർ സെല്ലുകളുടെ വ്യത്യസ്ത കോൺഫിഗറേഷനുകളുടെ ചാർജും ഡിസ്ചാർജ് സൈക്കിൾ ടെസ്റ്റും; (ബി) വ്യത്യസ്ത സാഹചര്യങ്ങളിൽ ബാറ്ററിയുടെ അനുബന്ധ ചാർജും ഡിസ്ചാർജ് കർവുകളും; (c, d) ഡൈനാമിക് ടെൻഷൻ ഡിസ്ചാർജ് കർവിന് കീഴിൽ ബാറ്ററിയുടെ സൈക്കിൾ പ്രകടനവും ചാർജും; (ഇ, എഫ്) ഡൈനാമിക് ടോർഷന്റെ കീഴിലുള്ള ബാറ്ററിയുടെ സൈക്കിൾ പ്രകടനവും വ്യത്യസ്ത സൈക്കിളുകൾക്ക് കീഴിലുള്ള അനുബന്ധ ചാർജ്-ഡിസ്ചാർജ് വക്രവും; (g, h) ഡൈനാമിക് ബെൻഡിംഗ് + ടോർഷൻ കീഴിലുള്ള ബാറ്ററിയുടെ സൈക്കിൾ പ്രകടനം, വ്യത്യസ്ത സൈക്കിളുകൾക്ക് കീഴിലുള്ള അനുബന്ധ ചാർജ്-ഡിസ്ചാർജ് കർവ്; (I) 1 സിയിൽ വ്യത്യസ്ത കോൺഫിഗറേഷനുകളുള്ള പ്രിസ്മാറ്റിക് യൂണിറ്റ് ബാറ്ററികളുടെ ചാർജും ഡിസ്ചാർജ് ടെസ്റ്റും.

പ്രായോഗികമായി വികസിപ്പിച്ച ഫ്ലെക്സിബിൾ ബാറ്ററിയുടെ പ്രയോഗം വിലയിരുത്തുന്നതിന്, ഇയർഫോണുകൾ, സ്മാർട്ട് വാച്ചുകൾ, മിനി ഇലക്ട്രിക് ഫാനുകൾ, കോസ്മെറ്റിക് ഉപകരണങ്ങൾ, സ്മാർട്ട് ഫോണുകൾ എന്നിവ പോലുള്ള ചില വാണിജ്യ ഇലക്ട്രോണിക് ഉൽപ്പന്നങ്ങൾക്ക് ഊർജ്ജം പകരാൻ രചയിതാവ് വിവിധ തരത്തിലുള്ള ഊർജ്ജ സംഭരണ ​​യൂണിറ്റുകളുള്ള മുഴുവൻ ബാറ്ററികളും ഉപയോഗിക്കുന്നു. രണ്ടും ദൈനംദിന ഉപയോഗത്തിന് പര്യാപ്തമാണ്, വിവിധ വഴക്കമുള്ളതും ധരിക്കാവുന്നതുമായ ഇലക്ട്രോണിക് ഉൽപ്പന്നങ്ങളുടെ ആപ്ലിക്കേഷൻ സാധ്യതകൾ പൂർണ്ണമായും ഉൾക്കൊള്ളുന്നു.

ഇയർഫോണുകൾ, സ്മാർട്ട് വാച്ചുകൾ, മിനി ഇലക്ട്രിക് ഫാനുകൾ, സൗന്ദര്യവർദ്ധക ഉപകരണങ്ങൾ, സ്മാർട്ട്ഫോണുകൾ എന്നിവയിൽ രൂപകൽപ്പന ചെയ്ത ബാറ്ററിയെ ചിത്രം 5 പ്രയോഗിക്കുന്നു. ഫ്ലെക്സിബിൾ ബാറ്ററി (എ) ഇയർഫോണുകൾക്കും (ബി) സ്മാർട്ട് വാച്ചുകൾക്കും (സി) മിനി ഇലക്ട്രിക് ഫാനുകൾക്കും പവർ നൽകുന്നു; (ഡി) സൗന്ദര്യവർദ്ധക ഉപകരണങ്ങൾക്ക് വൈദ്യുതി നൽകുന്നു; (ഇ) വ്യത്യസ്‌ത രൂപഭേദം വരുത്തുന്ന സാഹചര്യങ്ങളിൽ, ഫ്ലെക്‌സിബിൾ ബാറ്ററി സ്‌മാർട്ട്‌ഫോണുകൾക്ക് പവർ നൽകുന്നു.

സംഗ്രഹവും വീക്ഷണവും

ചുരുക്കത്തിൽ, ഈ ലേഖനം മനുഷ്യ സന്ധികളുടെ ഘടനയിൽ നിന്ന് പ്രചോദനം ഉൾക്കൊണ്ടതാണ്. ഉയർന്ന ഊർജ്ജ സാന്ദ്രത, മൾട്ടിപ്പിൾ ഡിഫോർമബിലിറ്റി, ഡ്യൂറബിലിറ്റി എന്നിവയുള്ള ഒരു ഫ്ലെക്സിബിൾ ബാറ്ററി നിർമ്മിക്കുന്നതിനുള്ള ഒരു അദ്വിതീയ ഡിസൈൻ രീതി ഇത് നിർദ്ദേശിക്കുന്നു. പരമ്പരാഗത ഫ്ലെക്സിബിൾ എൽഐബികളുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ, ഈ പുതിയ രൂപകൽപ്പനയ്ക്ക് നിലവിലെ മെറ്റൽ കളക്ടറുടെ പ്ലാസ്റ്റിക് രൂപഭേദം ഫലപ്രദമായി ഒഴിവാക്കാനാകും. അതേ സമയം, ഈ പേപ്പറിൽ രൂപകൽപ്പന ചെയ്ത ഊർജ്ജ സംഭരണ ​​യൂണിറ്റിന്റെ രണ്ടറ്റത്തും കരുതിവച്ചിരിക്കുന്ന വളഞ്ഞ പ്രതലങ്ങൾ പരസ്പരം ബന്ധിപ്പിച്ച ഘടകങ്ങളുടെ പ്രാദേശിക സമ്മർദ്ദം ഫലപ്രദമായി ഒഴിവാക്കും. കൂടാതെ, വ്യത്യസ്ത വൈൻഡിംഗ് രീതികൾക്ക് സ്റ്റാക്കിന്റെ ആകൃതി മാറ്റാൻ കഴിയും, ഇത് ബാറ്ററിക്ക് മതിയായ വൈകല്യം നൽകുന്നു. പുതിയ രൂപകൽപ്പനയ്ക്ക് നന്ദി, ഫ്ലെക്സിബിൾ ബാറ്ററി മികച്ച സൈക്കിൾ സ്ഥിരതയും മെക്കാനിക്കൽ ഡ്യൂറബിലിറ്റിയും പ്രകടിപ്പിക്കുന്നു കൂടാതെ വിവിധ ഫ്ലെക്സിബിൾ, ധരിക്കാവുന്ന ഇലക്ട്രോണിക് ഉൽപ്പന്നങ്ങളിൽ വിപുലമായ ആപ്ലിക്കേഷൻ സാധ്യതകളും ഉണ്ട്.

സാഹിത്യ ലിങ്ക്

ബെൻഡബിൾ/ഫോൾഡബിൾ/സ്‌ട്രെച്ചബിൾ/ട്വിസ്റ്റബിൾ ബാറ്ററിയ്‌ക്കായുള്ള മനുഷ്യ സംയുക്ത-പ്രചോദിത ഘടനാപരമായ ഡിസൈൻ: ഒന്നിലധികം വൈകല്യങ്ങൾ കൈവരിക്കുന്നു. (എനർജി എൻവയോൺമെന്റ്. സയൻസ്., 2021, DOI: 10.1039/D1EE00480H)