Naukowcy stworzyli płynną baterię. Może mieć dowolny kształt
Bateria słusznie kojarzy się z przedmiotem o stałej, zwartej strukturze. Tym bardziej na uwagę zasługuje wyczyn szwedzkich naukowców, którzy opracowali płynną baterię, mogącą przybierać rozmaite formy.
Naukowcy stworzyli baterię, która zmienia kształt
Naukowcy niejako "prześcigają się" w próbach opracowania nowych typów baterii. Niedawno opisywaliśmy odkrycie, jakiego dokonali naukowcy z Uniwersytetu Stanowego w Ohio - chodzi o prototyp baterii, który może być zasilany odpadami nuklearnymi. Tymczasem szwedzcy naukowcy odsłaniają swoje karty i pokazują światu płynną baterię.
Płynna bateria oznacza rewolucję?
Poza pracami nad bateriami o większej pojemności i lepszej wydajności, naukowcy zajmują się jednocześnie opracowywaniem nowych sposobów ich integracji z innymi elementami urządzeń. Celem jest to, by akumulator mógł pełnić także inne funkcje – na przykład być częścią nadwozia lub podłogi samochodu, a także obudowy telefonu czy laptopa. Naukowcy z Uniwersytetu w Linköping stworzyli właśnie płynną baterię, które może umożliwić takie połączenia.
"Faktura naszego materiału przypomina trochę pastę do zębów. Można go na przykład wykorzystać w drukarce 3D, aby nadać baterii dowolny kształt. To otwiera drogę do nowego typu technologii" – mówi prof. Aiman Rahmanudin, autor wynalazku opisanego na łamach magazynu "Science Advances" (DOI 10.1126/sciadv.adr9010).
Dalsza część artykułu pod materiałem wideo
Naukowcy zaznaczają, że w ciągu najbliższych dziesięciu lat do internetu ma być podłączonych ponad bilion różnych urządzeń. Poza znanymi już technologiami, takimi jak telefony komórkowe, smartwatche czy komputery, będą to także medyczne urządzenia noszone w ciele lub na jego powierzchni – między innymi pompy insulinowe, rozruszniki serca, aparaty słuchowe czy rozmaite czujniki służące do monitorowania zdrowia. Równolegle rozwijane są też technologie takie jak miękka robotyka, e-tekstylia, a nawet implanty neuronalne działające w połączeniu z siecią.
"Baterie są największym elementem wszystkich urządzeń elektronicznych. Obecnie są one twarde i dość masywne. Jednak dzięki miękkiej i elastycznej baterii nie będzie już dzisiejszych ograniczeń projektowych. Baterię taką można zintegrować z elektroniką w zupełnie inny sposób i dostosować do użytkownika" – tłumaczy badacz.
Innowacyjne podejście do płynnych elektrod
Kluczowym elementem nowego wynalazku było przekształcenie elektrod ze stanu stałego w ciekły. Dotychczasowe próby stworzenia elastycznych i rozciągliwych baterii opierały się głównie na rozwiązaniach mechanicznych – wykorzystywano na przykład rozciągliwe materiały kompozytowe lub elementy, które mogły się względem siebie przesuwać. Jednak takie metody nie rozwiązywały podstawowego problemu: choć większa bateria zapewnia większą pojemność, to jednocześnie oznacza użycie większej ilości materiałów aktywnych, a co za tym idzie – grubsze elektrody, które są bardziej sztywne.
"Rozwiązaliśmy ten problem i jako pierwsi pokazaliśmy, że pojemność nie zależy od sztywności" – mówi prof. Rahmanudin.
Naukowcy przypominają, że próby zastosowania ciekłych elektrod podejmowano już wcześniej, jednak nie przyniosły one większych rezultatów. Wówczas używano ciekłych metali, takich jak gal. Jak tłumaczą badacze, tego rodzaju materiał może działać wyłącznie jako anoda, a dodatkowo istnieje ryzyko, że podczas cyklu ładowania i rozładowywania dojdzie do jego zestalenia, co powoduje utratę płynnych właściwości.
Dodatkowo, wiele wcześniejszych rozciągliwych baterii opierało się na wykorzystaniu rzadkich surowców, których pozyskiwanie i dalsza obróbka wiążą się z poważnym obciążeniem dla środowiska naturalnego.
Właściwości płynnej baterii
Zespół ze Szwecji skonstruował swoją baterię, wykorzystując przewodzące polimery oraz ligninę – substancję powstającą jako produkt uboczny podczas produkcji papieru. Opracowane ogniwo można ładować i rozładowywać ponad 500 razy bez zauważalnej utraty wydajności. Co więcej, bateria może zostać rozciągnięta dwukrotnie i nadal działa tak samo skutecznie.
"Ponieważ materiały użyte w baterii to polimery sprzężone i lignina, surowce są łatwo dostępne. Przekształcając produkt uboczny, taki jak lignina, w wartościowy materiał do produkcji baterii, przyczyniamy się też do bardziej cyrkularnego modelu gospodarki. Mówimy więc o zrównoważonej alternatywie dla obecnych technologii" – mówi dr Mohsen Mohammadi, jeden z autorów publikacji.
Jednak prof. Aiman Rahmanudin pokornie podkreśla, że "bateria nie jest idealna". Działający prototyp to nie finalny produkt. Ambicją naukowców jest aktualnie zwiększenie napięcia elektrycznego, które w fazie koncepcyjnej urządzenia wynosi 0,9 V. Zespół szuka związków chemicznych, które mogą napięcie zwiększyć.
"Jedną z opcji, którą badamy, jest wykorzystanie cynku lub manganu - dwóch metali powszechnie występujących w skorupie ziemskiej" – wyjaśnia prof. Rahmanudin.
