La batteria estensibile agli ioni di litio 2024 apre nuovi campi tecnologici

La batteria estensibile agli ioni di litio rappresenta un’innovazione significativa nel campo della tecnologia indossabile. Queste batterie sono progettate per essere flessibili e durevoli, rendendole ideali per un'ampia gamma di applicazioni, dagli smartwatch ai dispositivi medici. Poiché la domanda di dispositivi elettronici flessibili continua a crescere, queste batterie avanzate sono destinate a svolgere un ruolo cruciale nel futuro sia dell’elettronica di consumo che delle tecnologie sanitarie.

Batteria agli ioni di litio estensibile: una nuova era nella tecnologia indossabile

Panoramica di mercatoNel 2022, il mercato globale dell'estensibilebatterie agli ioni di litioè stato valutato a $ 175,7 milioni. Si prevede che questo mercato crescerà rapidamente a un tasso del 23,0% nel periodo di previsione. La crescente domanda di batterie estensibili in dispositivi indossabili come smartwatch e telefoni è un fattore importante che guida questa crescita. Queste batterie sono fondamentali per alimentare dispositivi adattivi che richiedono flessibilità, come essere pieghevoli, ruotabili e ultrasottili per resistere alla deformazione meccanica durante l'uso.Applicazioni e vantaggiL’elettronica estensibile, comprese queste batterie avanzate, svolge un ruolo fondamentale nel migliorare la funzionalità e l’esperienza dell’utente della tecnologia indossabile. Il loro design leggero e compatto li rende ideali per i dispositivi portatili, consentendo loro di adattarsi agli spazi disponibili e di ridurre il peso e le dimensioni dei prodotti. Queste batterie sono appositamente progettate per resistere alla flessione, allo stiramento e ad altre forze meccaniche, rendendole più durevoli rispetto alle tradizionali batterie rigide. Questa maggiore durata è particolarmente vantaggiosa per i dispositivi indossabili che subiscono movimenti e piegature regolari.Progressi tecnologiciSi prevede che i recenti progressi nella tecnologia delle batterie elastiche agli ioni di litio stimoleranno la crescita del mercato. La crescente domanda di dispositivi indossabili avanzati, dispositivi elettronici impiantabili come pacemaker e dispositivi indossabili morbidi utilizzati in ambienti urbani ha suscitato interesse nella creazione di batterie con proprietà simili alla pelle e agli organi umani. Ad esempio, nel marzo 2022, un gruppo di ricerca coreano ha sviluppato una batteria al litio morbida, deformabile meccanicamente ed estensibile, adatta per dispositivi indossabili. Ne hanno testato il potenziale stampando la batteria sui vestiti. Questa batteria integra i materiali agli ioni di litio esistenti e raggiunge una densità di accumulo di energia di circa 2,8 mWh/cm², paragonabile alle batterie rigide agli ioni di litio disponibili in commercio che funzionano a 3,3 V o superiore.Sfide e considerazioniNonostante i progressi promettenti, ci sono sfide nel mercato. La torsione ripetuta delle batterie flessibili può causare crepe negli strati degli elettrodi, portando alla rottura dei materiali attivi e ostacolando la crescita del mercato. Questo problema deriva principalmente dalla forza adesiva limitata tra i materiali degli elettrodi e i collettori di corrente. Inoltre, la torsione continua può aumentare la resistenza interna della batteria, influenzandone le prestazioni. Ci sono anche preoccupazioni riguardo alla batteria stessa; ad esempio, le pellicole di plastica di alluminio utilizzate nelle batterie al litio standard possono raggrinzirsi nelle batterie flessibili, causando potenzialmente perdite se gli strati degli elettrodi vengono perforati.

Batteria estensibile agli ioni di litio: innovazioni e applicazioni

Cambridge University's "Jelly Battery"In the UK, researchers at Cambridge University have developed a novel stretchable lithium ion battery inspired by electric eels. They have named it the "jelly battery" due to its unique design. This battery mimics the layered structure of electric eel tissue, which is flexible and conductive.Lead author Stephen O'Neill mentioned in a press release, “Designing a material that is both highly stretchable and highly conductive is challenging because these properties are usually conflicting.” The Cambridge team’s battery uses hydrogels, which are polymer networks containing over 60% water. These structures can stretch and return to their original shape without losing functionality.Eccezionale elasticità e resilienzaThe study described the creation of a supramolecular polyion network with high stretchability (>1500%), compressibility (>90%), and rapid self-recovery. Due to the reversible bonds formed by compound molecules, the jelly battery's layers have strong adhesion.The paper noted, “Supramolecular cross-linking allows layered samples to elongate more than ten times their initial length before breaking at the interface.” Oren Scherman, a professor and director at the Melville Laboratory for Polymer Synthesis, emphasized the customizability of hydrogels to match human tissue's mechanical properties.Potenziali applicazioni medicheCambridge University's team proposed that their jelly battery could be implanted in the brain for drug delivery or to treat conditions like epilepsy. Hydrogels, free from rigid metal components, are less likely to be rejected by the body or cause scar tissue buildup. Additionally, hydrogels exhibit remarkable toughness, resisting permanent deformation under compression and self-repairing when damaged.Implicazioni più ampieLo sviluppo di queste tecnologie è una priorità globale. Il Forum economico mondiale ha elencato le batterie flessibili come una delle “dieci migliori tecnologie emergenti del 2023”. Questi progressi sono destinati ad ampliare le possibilità dei dispositivi indossabili, delle applicazioni IoT, degli smartphone flessibili e delle interfacce cervello-computer (BCI).