Разработчики из Университета штата Аризона во главе с Ханьцин Цзяном (Hanqing Jiang) создали литий-ионные батареи, которые могут растягиваться в 1,5 раза без какого-либо снижения функциональности. В создании батарей помогли киригами – разновидность оригами. Исследование опубликовано в Scientific Reports, с его кратким пересказом можно ознакомиться на сайте упомянутого университета.

Группа Цзяна изготовила новую батарею методом суспензионного нанесения материалов электродов на токосъемные пластинки из плотной бумаги. Обычно литиевая батарея состоит из токосъемной клеммы (в данном случае бумажной), идущей к катоду, самого катода, притягивающего положительно заряженные ионы, пропитанного электролитом пористого сепаратора, анода на медной фольге и токосъемной клеммы (здесь также бумажной), подведенной к аноду. Таким образом тело батареи с обеих сторон закрыто бумагой, воспринимающей все приходящиеся на нее нагрузки и дополнительно покрытой тонким слоем полимерного изолятора.

Чтобы обеспечить гибкость батареи в целом, пластинки бумаги, служащие конструктивной основой нового аккумулятора, нарезаются также, как в киригами, разновидности оригами. Их делают в форме четырехугольных пластинок, соединяющихся между собой узкими полосками. Это позволяет пластинкам довольно существенно менять свое положение в пространстве друг относительно друга без боязни возникновения разрыва. При этом каждый отдельный элемент батареи (на отдельной пластинке) не испытывает механических воздействий, а растягиваемость аккумулятора в целом достигается за счет изменения взаимного расположения отдельных его пластин.

Такой тип батарей может быть размещен в любом эластичном браслете, интегрирован в гибкую и растягиваемую мобильную электронику и даже элементы одежды, утверждают авторы работы. В демонстрации исследователи запитывают с помощью экспериментального аккумулятора серийно производящиеся «умные часы» Samsung:

Как отмечают разработчики, ранее отдельные принципы оригами уже использовались для создания батарей, элементы которых складывались и раскладывались, что позволяло повысить их гибкость. Но настоящей растягиваемости такие системы не имели, поскольку не использовали принципы киригами, позволяющие более свободно менять взаимное расположение бумажных элементов, служащих конструктивной основой, воспринимающей механические нагрузки, воздействующие на гибкие батареи при их эксплуатации.