Электрохимические устройства могут быть одновременно прозрачными и гибкими

Хэн Ли (Heng Li) из Пекинского университета (КНР) провёл вместе с коллегами ряд экспериментов по созданию электрохимических устройств (и солнечные батарей, и накопителей энергии суперконденсаторного типа), которые были бы одновременно прозрачными и гибкими.

Учёным удалось продемонстрировать, что полученные ими батареи можно не только многократно сгибать и загибать, но даже оборачивать вокруг предметов малого диаметра — например, шариковых ручек — при сохранении эффективности, сравнимой с максимально достижимой.

Сэндвич-структуры (слева) располагают катод и анод в разных слоях. Гребнезубая схема размещает их в одной плоскости, а зазоры между ними делают поверхность полупрозрачной. (Здесь и ниже илл. Heng Lit, et al.)

Ранее уже демонстрировались полупрозрачные фотоэлементы и накопители энергии, однако их структура была «сэндвичем» — то есть многослойной, из-за чего требовала сложного и длительного производственного процесса. Кроме того, многослойные фотоэлементы при сгибании часто ломали электроды на стыке слоёв «сэндвича». Предложенное китайцами решение — однослойное; оно обеспечивает прозрачность за счёт своеобразной структуры, при этом сохраняя технологическую простоту и дешевизну.

Разработчики использовали гребнезубую схему соединения электродов, что позволило добиться сохранения их механической прочности при сгибе. В то же время размеры отдельного элемента составили не более 100 мкм, что близко к пределу разрешающей способности человеческого глаза. Поэтому итоговые электрохимические накопители энергии кажутся прозрачными.

Пока были испытаны только фотоэлектрические ячейки Гретцеля и накопители на базе суперконденсаторов, однако изобретатели уверены, что почти любое электрохимическое устройство, включая литиевые батареи, может быть изготовлено по их технологии. Ну а прозрачность позволит минимизировать проблемы с перегревом таких гибких литиевых аккумуляторов.

По мнению исследователей, больше всего интегрированные системы гибких и прозрачных фотоэлементов и энергонакопителей пригодятся для подзарядки гаджетов и носимой электроники, однако в будущем, с постепенным ростом КПД, их можно будет интегрировать и в окна зданий.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Nano Letters.

Подготовлено по материалам Phys.Org.