باتری‌ های خود ترمیم شونده برای ابزارهای پوشیدنی

لباس‌های مجهز به LED، سنسورهای پزشکی و ردیاب‌های تناسب اندام، از جمله دستگاه‌های الکترونیکی انعطاف پذیری هستند که گرچه فقط در مراحل اولیه و آزمایشگاهی وجود دارند، اما به حقیقت پیوسته‌اند. چالش بزرگ پیش روی چنین دستگاه‌هایی، تامین انرژی آن‌ها است، با توجه به اینکه باتری‌های لیتیوم یونی نمی‌توانند بدون شکستن و نشت مواد سمی و اشتعال‌زا خم شده و منعطف باشند. پژوهشگران ادعا می‌کنند نوعی باتری تولید کرده‌اند که قابلیت "خود-ترمیمی" دارد و می‌تواند این خطرها را کاهش دهد.

مواد رسانای الکتریسیته که می‌توانند خم شده یا پیچیده شوند، اساس حوزه‌ی نوظهور پوشیدنی‌های پیشرفته هستند؛ اما تامین انرژی آن‌ها چندان ساده نیست. برای حل این مساله نیز برخی از پژوهشگران روی باتری‌های منعطف که می‌توانند در برابر نیروها مقاومت کنند، تمرکز کرده‌اند. به عنوان مثال، پاناسونیک (Panasonic)، پژوهشگران دانشگاه رایس (Rice ) و دانشمندان دانشگاه ایلینویز (Illinois) چنین باتری‌هایی را ساخته و به نمایش گذاشته‌اند.

اما تیمی از دانشمندان دانشگاه فودان (Fudan) چین، انستیتو پیشرفته‌ی فناوری سامسونگ و انستیتوی R&D سامسونگ، راه حل را در جای دیگری یافته‌اند. در طی چند سال گذشته، پلیمرهای خود ترمیم کننده‌ای توسعه یافته‌اند که در پلاستیک‌های زیستی خود ترمیم کننده، مواد هواپیما و رنگ ضد خش کاربرد دارند. این تیم از این فناوری برای ساخت باتری‌های یون لیتیومی بادوام‌تر استفاده می‌کند.

ساختار باتری، لایه‌هایی از پلیمر خود ترمیم کننده دارد که به عنوان سوبسترا برای لایه‌هایی از نانوتیوب‌های کربنی موازی عمل می‌کند که نقش الکترودهای باتری را دارند. ترکیبات لیتیوم در میان نانو ذراتی که بین این لایه‌ها تشکیل می‌شود، قرار می‌گیرد. زیرا این ترکیبات الکترولیت‌های بدون حلال و جدیدی هستند که از ژل‌های سلولزی و محلول آبی لیتیوم سولفات ساخته شده‌اند.

پژوهشگران می‌گویند که وقتی باتری آن‌ها می‌شکند، به سادگی با فشردن تکه‌های شکسته به یکدیگر ترمیم می‌شود. از این طریق، پلیمر خود ترمیم کننده و نانوتیوب‌های کربنی در عرض چند ثانیه به هم پیوند می‌خورند. ظاهرا حتی پس از چندبار شکستن نیز، عملکرد باتری کاهش نمی‌یابد.

باتری‌های جدید نسبت به باتری‌های یون لیتیوم سنتی مزیت‌های دیگری نیز دارند؛ مثلا ترکیبات لیتیومی در درون باتری حبس شده و نشت نمی‌کنند. برخلاف الکترولیت‌های معمولی که وقتی در مجاورت هوا قرار می‌گیرند، تجزیه می‌شوند، محلول ژل سلولزی آن‌ها پایدار بوده و قابل اشتعال یا سمی نیست.

پژوهش این گروه در مجله علمی ( Angewandte Chemie International Edition) منتشر شده است.