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 mercato

Nel 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 vantaggi

L’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 tecnologici

Si 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 considerazioni

Nonostante 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

La “Jelly Battery” dell’Università di Cambridge

Nel Regno Unito, i ricercatori dell’Università di Cambridge hanno sviluppato una nuova batteria estensibile agli ioni di litio ispirata alle anguille elettriche. L'hanno chiamata "batteria gelatina" per il suo design unico. Questa batteria imita la struttura a strati del tessuto dell'anguilla elettrica, che è flessibile e conduttivo.

L'autore principale Stephen O'Neill ha affermato in un comunicato stampa: "Progettare un materiale che sia allo stesso tempo altamente elastico e altamente conduttivo è impegnativo perché queste proprietà sono solitamente in conflitto". La batteria del team di Cambridge utilizza idrogel, che sono reti polimeriche contenenti oltre il 60% di acqua. Queste strutture possono allungarsi e ritornare alla loro forma originale senza perdere funzionalità.

Eccezionale elasticità e resilienza

Lo studio ha descritto la creazione di una rete poliionica supramolecolare con elevata elasticità (>1500%), comprimibilità (>90%) e rapido autorecupero. A causa dei legami reversibili formati dalle molecole dei composti, gli strati della batteria gelatinosa hanno una forte adesione.

L’articolo osservava: “La reticolazione supramolecolare consente ai campioni stratificati di allungarsi più di dieci volte la loro lunghezza iniziale prima di rompersi all’interfaccia”. Oren Scherman, professore e direttore del Melville Laboratory for Polymer Synthesis, ha sottolineato la possibilità di personalizzazione degli idrogel per adattarli alle proprietà meccaniche dei tessuti umani.

Potenziali applicazioni mediche

Il team dell'Università di Cambridge ha proposto che la loro batteria gelatinosa potesse essere impiantata nel cervello per la somministrazione di farmaci o per trattare condizioni come l'epilessia. Gli idrogel, privi di componenti metallici rigidi, hanno meno probabilità di essere rigettati dal corpo o di causare accumulo di tessuto cicatrizzato. Inoltre, gli idrogel mostrano una notevole tenacità, resistendo alla deformazione permanente sotto compressione e autoriparandosi quando danneggiati.

Implicazioni più ampie

Lo 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).