A svédországi Linköpingi Egyetem kutatói egy puha, alakítható akkumulátort fejlesztettek ki, amely bármilyen formát képes felvenni. Az áttörést az jelentette, hogy szilárd elektródák helyett folyékony elektródákat alkalmaztak.
A kutatók az akkumulátorral teszt gyanánt egy piros LED-et működtettek, amely akkor is világított, amikor az akkumulátor nyugalmi állapotban volt, és akkor is, amikor megcsavarták vagy megnyújtották.
Az akkumulátorok kulcsfontosságú energiaforrást jelentenek a mai világban használt különféle eszközök számára. Az okostelefonoktól a pacemakereken át a laptopokig és az egészségügyi érzékelőkig, az akkumulátorok gyorsan mindennapi életünk meghatározó részévé váltak. Ahogy a technológia fejlődik, az eszközök és érzékelők egyre kisebbek lesznek, de az akkumulátorok merevsége gátat szab további zsugorításuknak.
Becslések szerint a következő évtizedben egybillió eszköz fog csatlakozni az internethez.
A felhasználói kényelem érdekében ezeknek az eszközöknek úgy kell működniük, hogy ne akadályozzák a mindennapi tevékenységeket. Itt kerülnek előtérbe az olyan puha, alakítható akkumulátorok, amelyek a környezetükhöz képesek alkalmazkodni.
Az áttörést az jelentette, hogy szilárd elektródák helyett folyékony elektródákat alkalmaztak. (Fotó: Thor Balkhed)
„Az akkumulátorok az elektronikai eszközök legnagyobb alkotóelemei” – mondta Aiman Rahmanudin, a Linköpingi Egyetem adjunktusa egy sajtóközleményben. „Ma ezek szilárdak és meglehetősen terjedelmesek. Egy puha és alkalmazkodó akkumulátorral azonban nincsenek tervezési korlátok. Teljesen másként integrálhatók az elektronikába, és jobban illeszkedhetnek a felhasználóhoz.”
Korábbi kísérletek során folyékony fémeket, például galliumot használtak ilyen akkumulátorokhoz. Ez az anyag azonban csak anódként – azaz pozitív elektródként – volt használható, és fennállt a veszélye, hogy a töltés vagy kisütés során megszilárdul, ami akadályozta a kereskedelmi felhasználását.
Rahmanuddin és az Organikus Elektronika Laboratórium (LOE) kutatócsoportja a konjugált polimerekhez és a ligninhez fordult, amely a papírgyártás mellékterméke.
„A laboratóriumunkban konjugált polimereket, például a PEDOT-ot és PACA-t, szintetizáltunk olyan kémiai folyamatokkal, amelyek monomereket – a polimerek építőköveit – használták” – magyarázta Rahmanuddin az InterestingEngineeringnek küldött e-mailben.
„Bár ezek szintetikus anyagok, tudatosan törekedtünk arra, hogy ritka vagy veszélyes fémeket ne használjunk az akkumulátorban, ezzel is összhangban állva fenntarthatósági céljainkkal.”
„Az anyag állaga kicsit olyan, mint a fogkrém textúrája” – magyarázza Rahmanuddin. „3D nyomtatóval is formázható, így az akkumulátor tetszőleges alakban előállítható.”
A kutatók 500-szor töltötték fel és merítették le, és az továbbra is megőrizte teljesítményét. Érdekesség, hogy amikor az akkumulátort a kétszeresére nyújtották, akkor is megfelelően működött. Legalább ennyire fontos, hogy az akkumulátor fenntartható anyagokból készült.
„Mivel az akkumulátor anyagai konjugált polimerek és lignin, az alapanyagok bőségesen állnak rendelkezésre” – tette hozzá Mohsen Mohammadi, a LOE posztdoktori kutatója, aki szintén részt vett a fejlesztésben. „A ligninhez hasonló melléktermékek újrahasznosításával, és azokból nagy értékű anyagokat – például akkumulátor-összetevőket – előállítva hozzájárulunk egy körforgásosabb modellhez. Ezáltal egy fenntartható alternatívát kínálunk.”
Érdekesség, hogy amikor az akkumulátort a kétszeresére nyújtották, akkor is megfelelően működött. (Fotó: Thor Balkhed)
A kutatóknak azonban még van néhány kihívásuk a jelenlegi dizájnnal kapcsolatban. Bár az akkumulátor bármilyen formában működik, a kimeneti feszültség jelenleg csupán 0,9 volt. A csapat most további komponensek hozzáadásán dolgozik, hogy növelje a feszültséget.
„Az egyik lehetőség, amelyet vizsgálunk, a cink vagy a mangán használata – két olyan fém, amely gyakori a Föld kérgében” – mondta Rahmanuddin a sajtóközleményben.
„Annak ellenére, hogy ezek nem szerves anyagok, bőségesen megtalálhatók, és akkumulátorkémiájuk nem mérgező, vizes elektrolitban is működik, ami alkalmassá teszi őket hordható elektronikához” – tette hozzá Rahmanuddin.
Kiemelt kép: Thor Balkhed
S.Rita
