Eine flexible, dehnbare Batterie, die sich wie Schlangenschuppen bewegen kann

Es wird erwartet, dass diese neue Batterie eine breite Palette von Anwendungen haben wird

30.09.2021 - Korea, Rep.

Das Korea Institute of Machinery and Materials (KIMM), ein dem Ministerium für Wissenschaft und IKT unterstehendes Institut, hat eine flexible, dehnbare Batterie entwickelt, die sich wie eine Schlange biegen und strecken lässt. Es wird erwartet, dass diese neue Batterie ein breites Spektrum an Einsatzmöglichkeiten bietet, z. B. in der Energiespeichertechnologie und in Katastrophensituationen, indem sie auf verschiedene Arten von Geräten, von weichen Robotern bis hin zu tragbaren Geräten, angewendet wird.

Das KIMM-Forschungsteam unter der Leitung von Senior Researcher Dr. Bongkyun Jang und Principal Researcher Dr. Seungmin Hyun in der Abteilung für Nanomechanik entwickelte eine dehnbare Batteriestruktur, deren Sicherheit und Dehnbarkeit auf der Struktur von Schlangenschuppen beruht.

Wie bei der Boa constrictor, die in der Novelle Der kleine Prinz den Elefanten verschluckte, können sich die einzelnen Schuppen einer Schlange, obwohl sie starr sind, zusammenfalten, um sich vor äußeren Einwirkungen zu schützen. Außerdem verfügen sie über strukturelle Eigenschaften, die es ihnen ermöglichen, sich stark zu dehnen und flexibel zu bewegen.

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Völlig neuer Ansatz

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Das KIMM-Forschungsteam entwickelte eine hoch dehnbare Batterie mit hervorragender Stabilität und Leistung, indem es eine mechanische Metastruktur herstellte, die eine Schlangenschuppe nachahmt. Im Gegensatz zu herkömmlichen tragbaren Geräten, bei denen der Rahmen des Geräts und die Batterie in einer engen Formation kombiniert sind, ermöglicht diese neue Technologie eine flexible Bewegung durch die Verbindung mehrerer kleiner, harter Batterien in einer schuppenartigen Struktur.

Um die Sicherheit der Batterie zu gewährleisten, minimiert das Forschungsteam auch die Verformung der Materialien, aus denen die Batterie besteht, durch eine optimale Gestaltung der schuppenartigen Struktur. Auch die Form der einzelnen Batteriezellen wurde optimiert, um eine hohe Kapazität pro Größeneinheit zu erreichen.

Die Gestaltung der Form der Batteriezelle und der Verbindungskomponenten waren die Schlüsselaspekte dieser technologischen Leistung. Kleine, sechseckige Batteriezellen, die einer Schlangenschuppe ähneln, wurden mit Polymer- und Kupfermaterial verbunden, das über einen Scharniermechanismus ein- und ausgeklappt werden kann. Dieses Design erleichtert auch die wirtschaftliche Massenproduktion, da die Batterie durch Schneiden und Falten flexibler Elektroden mit einem von der Origami-Kunst inspirierten Herstellungsverfahren hergestellt werden kann.

Diese neue Technologie kann in Energiespeichern eingesetzt werden, die in tragbaren Softrobotern für Menschen zu finden sind, die weiche und flexible Energiespeicher benötigen, oder in medizinischen Rehabilitationsgeräten für ältere und kranke Menschen, die körperliche Unterstützung benötigen. Darüber hinaus dürften diese Batterien als Stromversorgungsgeräte für Softroboter nützlich sein, die bei Katastrophen vor Ort eingesetzt werden, um Rettungseinsätze durchzuführen. Dank ihrer Fähigkeit, sich flexibel zu bewegen und ihre Form frei zu verändern, können die mit diesen Batterien ausgestatteten Roboter in solchen Katastrophensituationen enge, durch Hindernisse versperrte Räume erreichen.

Für die Zukunft hofft das KIMM-Forschungsteam, eine Technologie zu entwickeln, mit der die Speicherkapazität von weichen Energiespeichern erhöht werden kann. Das Team hofft auch, multifunktionale Soft-Roboter zu entwickeln, die künstliche Muskeln mit der Technologie der Soft-Roboter-Betätigung kombinieren.

Dr. Bongkyun Jang erklärte, dass das KIMM-Forschungsteam durch die Anwendung der Struktur und des Designs von Schlangenschuppen eine Batterie entwickelt hat, die nicht nur sicher in der Anwendung ist, sondern auch ihre Flexibilität und Dehnbarkeit beibehält. Er fügte hinzu, dass er und sein Team in Zukunft weitere Forschungs- und Entwicklungsarbeiten durchführen wollen, damit diese Technologie für die medizinische Rehabilitation und Katastrophenhilfe eingesetzt werden kann und die Gesundheit und Sicherheit der Bevölkerung gewährleistet wird.

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