Naukowcy z Uniwersytetu Illinois wynaleźli nowy typ baterii, który ma zrewolucjonizować sposoby zasilania naszych urządzeń elektronicznych i pojazdów. Dzięki nowej technologii akumulatory znacząco zmaleją, zachowując dotychczasową pojemność. Specjaliści uważają, że może to być przełomowy wynalazek, ale przed wprowadzeniem na rynek wymaga jeszcze znacznego dopracowania.

Amerykańscy naukowcy twierdzą, że kluczowe było użycie przez nich trójwymiarowych elektrod. Pozwoliło to zbudować mikrobaterie, które są znacznie mniejsze niż te obecnie najpopularniejsze na rynku, albo mają takie same rozmiary, ale wielokrotnie większą pojemność. Na dodatek mają się ładować tysiąc razy szybciej niż konkurencyjne modele. Szczegóły wynalazku zostały opisane w czasopiśmie „Journal Nature Communications”.

Miniaturyzacja akumulatorów

Według zespołu z Illinois ich technologia powinna pomóc rozwiązać problem pewnej nierównowagi w rozwoju technologicznym. Chodzi o to, że dotąd  z miniaturyzacji elektroniki skorzystały głównie smartfony i różne gadżety, natomiast rozwój baterii i akumulatorów pod tym względem pozostał w tyle.

Praca każdej baterii opiera się na dwóch elektrodach, między którymi zachodzi reakcja chemiczna. W uproszczeniu wygląda to tak, że jedna z nich – anoda uwalnia elektrony. Po drugiej stronie baterii znajduje się katoda, do której dążą elektrony z anody. Elektrody rozdziela trzeci element, czyli elektrolit, który uniemożliwia elektronom bezpośrednią, najkrótszą podróż. Kiedy bateria jest podłączona do urządzenia, elektrony przemieszczają się przez jego obwody, żeby dotrzeć z jednej elektrody do drugiej.

 

Splecione „palce” elektrod

Przełom, jakiego dokonał zespół z Illinois, polega na znalezieniu nowego sposobu połączenia anody i katody w mikroskali. – Elektrody w bateriach mają małe splecione „palce”, które docierają z jednej do drugiej. To pozwala uzyskać dużą powierzchnię katody i anody, podczas gdy ogólny rozmiar baterii jest ekstremalnie mały – wyjaśniał kierujący projektem prof. William King.

Metalowe rusztowanie na kuleczkach

Przy tworzeniu baterii zespół z Illinois wykorzystał metodę szybkiego ładowania opracowaną przez inną grupę naukowców. Polega ona na tworzeniu sieci z drobnych kuleczek polistyrenowych i wypełnieniu metalem przestrzeni wewnątrz i dookoła tej struktury.

Kuleczki są następnie rozpuszczane, a na pozostałe trójwymiarowe metalowe „rusztowanie” nakłada się warstwę niklowo-cynową, która tworzy anodę, oraz wodorotlenek manganu tworzący katodę. Na koniec szklana powierzchnia, na której zainstalowano urządzenia, została zanurzona w cieczy rozgrzanej do 300 st. C.

Prof. King powiedział, że na razie jego zespół wytwarza niewielką liczbę takich urządzeń, ale według niego po dopracowaniu nowa technologia będzie miała naprawdę szerokie zastosowanie. – Będzie można zastąpić akumulator samochodowy naszą baterią, która będzie 10 razy mniejsza albo 10 razy silniejsza – powiedział naukowiec.

Sporo pracy przed wejściem na rynek

Inni eksperci z tej dziedziny docenili dokonanie zespołu z Illinois, ale twierdzą, że dostosowanie nowej technologii do rynku może okazać się trudne.

– Wyzwaniem jest tworzenie w tanim procesie na dużą skalę mikrobaterii, która jest wystarczająco silna i nie dozna pojedynczego zwarcia wpływającego na cały układ – skomentowała prof. Clare Grey z wydziału chemii Uniwersytetu Cambridge.

Prof. Peter Edwards, ekspert w dziedzinie chemii nieorganicznej i energii na Uniwersytecie Oksfordzkim uważa nową technologię za „ekscytujące” dokonanie, zaznacza jednak, że wymaga ona jeszcze lepszego rozwinięcia ścieżki produkcyjnej i dopasowania jej do produkcji na dużą skalę, a także dopracowania kwestii bezpieczeństwa.Problematyczne zapłony

– Chciałbym wiedzieć, czy te mikrobaterie mogą być bardziej podatne na przypadki zapłonu, które bywają utrapieniem w przypadku baterii litowo-jonowych, co możemy śledzić na przykładzie problemów Boeinga z ich samolotami typu Dreamliner.

Prof. William King, przyznał że kwestie bezpieczeństwa były problemem w związku z tym, że dotychczasowy elektrolit był palną cieczą. Jak powiedział, w skonstruowanym przez jego zespół urządzeniu została użyta mikroskopijna ilość płynnego elektrolitu, ale przy zwiększeniu skali zagrożenie mogłoby stać się „znaczące”. Dodał jednak, że ma już rozwiązanie tego problemu: wkrótce zamierza zastosować bezpieczniejszy elektrolit oparty na polimerach.

Naukowiec ma nadzieję, że opracowana przez jego zespół technologia będzie gotowa do testowania w zasilaniu urządzeń elektronicznych już przed końcem tego roku.

Źródło: bbc.co.uk, tm

Polecane: