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uello della wearable elec-
tronics, l’elettronica ‘da in-
dossare’, è un trend in co-
stante crescita che negli
ultimi anni ha visto un’ac-
celerazione associata alla
domanda di dispositivi di
comunicazione mobile e di
gadget di vario tipo in am-
bito consumer. Applicazioni
meno mondane di questa
tecnologia (o, meglio, insie-
me di tecnologie) trovano
posto nei settori militare ed
elettromedicale sotto forma
di schermi avvolgibili, sen-
sori e apparecchi diagnostici
indossabili o impiantabili. Tra
i substrati deformabili atti a
ospitare dispositivi elettro-
nici l’attenzione si è prima
concentrata su quelli flessi-
bili, come carta, lamine me-
talliche e pellicole plastiche;
più di recente sono stati ot-
tenuti risultati incoraggianti
anche su supporti elastici
come lastre di gomma.
Nel corso degli ultimi sei anni
i ricercatori dell
a Urbana-Cham-
paign e alla
sotto la supervi-
sione di John Rogers eYong-
gang Huang, hanno lavorato
a un processo di intercon-
nessione adatto a supporti
deformabili per flessione,
torsione ed estensione. Nella
soluzione da loro proposta, i
minuti componenti circuitali
che costituiscono il sistema
elettronico sono incorpora-
ti in un polimero elastico e
vengono collegati tra loro da
connessioni pop-up che si
‘svolgono’ man mano che il
substrato viene stirato. Il pro-
blema di questo approccio è
che richiede parecchio spa-
zio tra un elemento circuitale
e l’altro e mal si presta alla
realizzazione di batterie con
le densità di energia richieste
dalle moderne applicazioni.
Per contenere le dimensioni
di una batteria di capacità
adeguata è necessario ridur-
re drasticamente le distanze
tra gli elementi costituenti e
questo è stato reso possibile
solo da un nuova metodolo-
gia di interconnessione. La
nuova soluzione messa a
punto da Huang e Rogers
utilizza conduttori sotto for-
ma di lunghe serpentine che
occupanti gran parte dello
spazio tra gli elementi della
batteria. La struttura delle
serpentine è autosimilare,
nel senso che ogni tratto è
a sua volta costituito da ser-
pentine analoghe ma più pic-
cole: il risultato è che diventa
possibile estendere il sup-
porto ‘stirando’ prima le strut-
ture più grandi e poi quelle
più piccole, un po’ come si
svolgerebbe, allungandolo,
un rotolo di cavo telefonico a
spirale. Questo processo di
stiramento è reversibile e co-
stituisce la base della prima
batteria agli ioni di litio flessi-
bile ed estensibile.
I risultati della ricerca sono
stati pubblicati lo scorso
26 febbraio nell’articolo
“Stretchable batteries with
self-similar serpentine inter-
connects and integrated wi-
reless recharging systems”
sulla rivista online Nature
Communications. Il prototipo
realizzato dai ricercatori sta-
tunitensi è costituito da una
matrice 10 x 10 di elettrodi
circolari connessi in paralle-
lo tra loro ed ha permesso
di misurare tensioni e cor-
renti comparabili a quelli di
una batteria Li-Ion tradizio-
nale. Attualmente la densità
superficiale di capacità è di
circa 1,1 mAh per centimetro
quadrato e il funzionamento
è stato dimostrato alimen-
tando un comune LED. La
batteria ha continuato a
funzionare senza alterare le
proprie caratteristiche anche
quando il suo supporto ha
subito un allungamento del
300%. La batteria è inoltre
ricaricabile via wireless per
accoppiamento
induttivo,
circostanza che la rende
idonea all’impiego in siste-
mi elettronici impiantabili o
incorporati all’interno di in-
dumenti. Attualmente il pro-
totipo è in grado di sostene-
re solo una ventina di cicli di
carica e ricarica e sono per-
tanto necessari ulteriori studi
prima di poter arrivare a un
modello commercializzabile.
EON
ews
n.
562
-
marzo
2013
3
M
assimo
G
iussani
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Dall’elettronica ‘flessibile’
a quella ‘estensibile’: messa
a punto una batteria al litio
su un supporto in grado di
estendersi del 300%
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Le batterie diventano
elastiche
Fonte:
Nortwestern
University
