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Una batteria per smartwatch estensibile, pieghevole e più potente
Gli smartwatch potrebbero presto essere in grado di funzionare più a lungo grazie alle batterie estensibili e pieghevoli.
Un ricercatore dimostra le proprietà elettriche di una batteria agli ioni di litio che può essere allungata e piegata grazie alla piegatura degli origami.
Utilizzando una forma dell'origami con la tecnica di piegatura giapponese, i ricercatori hanno dimostrato che possono allungare e piegare batterie agli ioni di litio prodotte in modo convenzionale da poter stare all'interno di un cinturino, dove c'è più spazio per immagazzinare energia. Oltre a potenziare gli orologi intelligenti, il metodo, che secondo gli inventori è compatibile con i processi di produzione standard, potrebbe creare batterie che si adattano meglio a tutti i tipi di altri gadget elettronici indossabili, come cinturini per il fitness che tengono traccia dei dati relativi alla salute (vedi Quali sono le prospettive per Biosensori Flessibili? ).
Le batterie degli smartwatch di oggi si trovano dietro lo schermo, condividendo il piccolo spazio con tutti gli altri dispositivi elettronici che fanno funzionare l'orologio. Non solo la batteria occupa gran parte dello spazio disponibile, ma ha una capacità energetica relativamente piccola, un ostacolo allo sviluppo di smartwatch, afferma Hanqing Jiang , professore di ingegneria meccanica e aerospaziale presso l'Arizona State University, che ha guidato la ricerca sulle batterie pieghevoli. Gli orologi di oggi non durano molto: ad esempio, il nuovo orologio Apple lo è disse per durare solo poche ore se viene utilizzato attivamente per eseguire applicazioni. La nuova tecnica potrebbe aiutare a raddoppiare la capacità energetica delle batterie, afferma Jiang.
I ricercatori hanno utilizzato la loro batteria piegata per alimentare uno smartwatch Samsung e hanno dimostrato che un elastico con la batteria all'interno può piegarsi e allungarsi senza influire sulle prestazioni della batteria.
Negli ultimi dieci anni i ricercatori hanno fatto molti progressi nella progettazione di componenti elettronici estensibili in grado di conformarsi a superfici e forme curve e dinamiche, come quelle del corpo umano, senza malfunzionamenti. Tuttavia, la maggior parte ha comportato l'utilizzo di materiali elastici (vedi Una batteria che si estende fino a tre volte la sua dimensione) e non sono direttamente compatibili con gli impianti di produzione di batterie esistenti.
Jiang ha avuto l'ispirazione per applicare l'origami al problema quando ha notato che un particolare motivo pieghevole, chiamato Miura pieghevole, somigliava molto a un motivo che aveva visto prima in silicio su scala nanometrica, che gli permetteva di deformarsi e allungarsi quando attaccato alla superficie di un materiale in gomma elastica (vedi Fogli di silicone estensibile). L'anno scorso, lui ei suoi colleghi dimostrato batterie pieghevoli agli ioni di litio basate su Miura pieghevole. Ma le applicazioni pratiche di quel design sono limitate perché la batteria può estendersi solo dal suo stato piegato allo stato aperto e piatto, e la forma piegata ha superfici irregolari che la rendono inadatta a qualcosa come un cinturino, dice.
Per creare un fattore di forma più compatibile, il gruppo ha deciso di utilizzare il kirigami, una variante dell'origami che prevede il taglio oltre alla piegatura. Jiang ei suoi colleghi hanno ora dimostrato che effettuando tagli nel senso della larghezza lungo i vari strati di materiale prima di laminarli insieme e poi attorcigliando o piegando la struttura nei modi prescritti, possono realizzare batterie che si estendono. L'allungamento risulta dalla rotazione che si verifica ai tagli e il dispositivo mantiene uno spessore costante quando viene allungato, a differenza dei precedenti modelli basati su origami.
Oltre a dimostrare la batteria in un vero smartwatch, i ricercatori hanno testato le forme compatte e allungate per confermare che mantiene le sue caratteristiche elettrochimiche e meccaniche dopo molti cicli e hanno dimostrato che la rotazione durante l'allungamento non provoca la frattura della struttura. Jiang afferma che l'obiettivo del suo gruppo è commercializzare la tecnologia e ora sta perfezionando l'imballaggio della batteria per affrontare alcuni problemi relativi alla sicurezza. Dice anche che la tecnica del kirigami è applicabile ad altri tipi di dispositivi elettronici oltre alle batterie, come sensori e supercondensatori.