Faserbatterien sind millimeterdünne Batterien auf der Grundlage von Fasern, die in Kleidungsstücke eingewebt oder zur Herstellung hochflexibler, tragbarer Elektronik verwendet werden können. In den letzten Jahren haben viele Forschungsteams weltweit versucht, diese Batterien mit einer Reihe unterschiedlicher Techniken und Ansätze herzustellen.
Die meisten bestehenden Techniken zur Herstellung von Faserbatterien beruhen auf Schicht-für-Schicht-Beschichtungsverfahren, die aus der Herstellung von Planarbatterien, einer flachen und dünnen Batterietechnologie, übernommen wurden. Trotz ihrer Vorteile ermöglichen diese Verfahren in der Regel nur die Herstellung einer begrenzten Anzahl von Batterien auf einmal und eignen sich daher nicht für die Massenproduktion.
Forscher der Fudan-Universität in China haben kürzlich eine alternative Methode zur Herstellung von Faserbatterien vorgestellt, die sich leichter in industriellem Maßstab umsetzen lassen könnte. Diese Methode, die in einem in Nature Nanotechnology veröffentlichten Artikel vorgestellt wurde, basiert auf einer allgemeinen Lösungsextrusionstechnik, mit der in einem einzigen Schritt mehrere Faserbatterien hergestellt werden können.
Die von den Forschern vorgeschlagene Produktionsmethode stützt sich auf eine Spinndüsenstruktur, eine Kappe oder Platte mit mehreren kleinen Löchern, die häufig zur Herstellung von Fasern verwendet wird. Mit dieser Struktur, die drei Hauptextrusionskanäle aufweist, können Faserbatterien hergestellt werden, die aus einer parallelen Kathode und einer Anode bestehen, die von einem Elektrolyten eingekapselt sind, und zwar mit beachtlichen Produktionsraten von 250 m h-1.
"Unsere Dreikanal-Industriespinndüse extrudiert und kombiniert gleichzeitig die Elektroden und Elektrolyte von Faserbatterien bei hohen Produktionsraten", erklären Meng Liao und seine Kollegen in ihrem Beitrag. "Die laminare Strömung zwischen den funktionalen Komponenten garantiert deren nahtlose Schnittstellen während der Extrusion."
Im Vergleich zu bestehenden Verfahren zur Herstellung von Faserbatterien können mit dem Ansatz der Forscher bemerkenswerte 1.500 km Endlosfaserbatterien pro eingesetzter Spinndüseneinheit hergestellt werden. Das ist mehr als das Dreifache der Batterien, die mit den bisher leistungsfähigsten Verfahren hergestellt wurden.
In ihrer Arbeit demonstrierten Liao und seine Kollegen das hohe Potenzial ihrer Methode, indem sie sie zur Herstellung von etwa 10 m2 gewebten Textilien auf der Grundlage von Faserbatterien einsetzten. Diese Textilien wurden speziell für die Herstellung intelligenter und reaktionsfähiger Zelte entwickelt, und die zur Stromversorgung verwendete Faserbatterie hatte eine Energiedichte von 550 mWhm-2.
Das von ihnen entworfene intelligente Zelt hat mehrere interessante und fortschrittliche Funktionen. So kann es beispielsweise Energie von der Sonne aufnehmen, speichern und zur Steuerung eines Displays und anderer Technologien im Inneren verwenden. In Zukunft könnte die von den Forschern eingeführte Methode zur Herstellung von Batterien verwendet werden, um ähnliche Zelte oder andere textilbasierte Elektronik in großem Maßstab herzustellen, was deren weitverbreiteten Einsatz erleichtern könnte.
"Unsere Methode ist einfach, und die erhaltene flexible Textilbatterie ist stabil, haltbar und sicher", schreiben Liao und seine Kollegen in ihrer Arbeit. "Wir gehen davon aus, dass sie die großtechnische Produktion und praktische Anwendung von Faserbatterien für die Elektronik der nächsten Generation fördern wird."
Weitere Informationen:
https://phys.org/news/2022-02-method-fiber-batteries-industrial-scale.html [This is automatically translated from English]