Baterie żegnają lit i nabierają mocy. Rewolucyjne pomysly na zasilanie urządzeń

Nie ma już chyba dnia bez informacji o jakimś kolejnym odkryciu pozwalającym zastąpić najpopularniejsze obecnie akumulatory litowo-jonowe. Nie chodzi tylko o zwiększanie wydajności, ale i bezpieczeństwo dostaw, gdy dostępne zasoby litu są ograniczone, a Chiny kontrolują dużą ich część, jak i produkcję baterii, zaś sam lit podlega ogromnym wahaniom cenowym. Poza tym tradycyjne akumulatory litowo-jonowe charakteryzują się co prawda dużą gęstością energii, ale są do końca bezpieczne ze względu na stosowane w nich łatwopalne elektrolity organiczne, czyli składnik umożliwiający ładowanie i rozładowywanie akumulatora.

Inspiracja sprężyną

Shinshu Sanjeev Kumar Ujjain, badacz na Uniwersytecie Maryland w USA, jeszcze mieszkając w Japonii, chciał wiedzieć, czy nanorurki węglowe można też wykorzystać do magazynowania energii. W 2022 roku przeniósł się do USA, gdzie kontynuował badania i dokonał znaczącego odkrycia. Skręcenie nanorurek węglowych znacznie poprawiło efektywność magazynowania energii.

Badacz zainspirował się mechanizmem sprężyny śrubowej, która istniała na długo, zanim jednorazowe baterie zaczęły zasilać zabawki dla dzieci. Sprężynę można nakręcić i przechowywać energię mechaniczną, by uwalniać ją później, napędzając ruch np. kółek zabawki czy wskazówek naręcznego zegarka.

Czytaj więcej

Technologie

Smartfon będzie ładowany raz na miesiąc i trwalszy. Rewolucja w bateriach

Dotąd innowacje związane były głównie z dużymi akumulatorami do aut. Teraz dostawca Apple, firma TDK, zapowiada baterie do smartfonów i innych gadżetów wydajniejsze nawet 100 razy od obecnie stosowanych.

Nanorurki węglowe to struktury o wielkości nanometrów, zwykle wykonane z pojedynczej warstwy atomów węgla. Te arkusze węglowe są niezwykle lekkie, a jednocześnie mocniejsze niż stal. Wyniki badań opublikowano w czasopiśmie „Nature Nanotechnology”.

Ujjain chciał sprawdzić, czy cały system będzie działał w jeszcze mniejszej skali, a materiałem wybranym do przetestowania jego pracy były nanorurki węglowe. Jego zespół połączył dostępne na rynku nanorurki węglowe w nici, a następnie naciągnął je i skręcił w jedną, pokrywając ją różnymi substancjami w celu poprawy jej wytrzymałości i elastyczności.

Okazało się, że skręcone nanorurki węglowe mogą pomieścić 15 tys. razy więcej energii na jednostkę masy niż stalowe sprężyny. Ale to nie stal się liczy. Największym konkurentem są akumulatory litowo-jonowe, urządzenie o największej gęstości energii zbudowane przez ludzkość.

Ujjainowi i grupie naukowców, której przewodzi, udało się wykazać trzykrotnie większą gęstość magazynowania energii niż w przypadku standardowego akumulatora litowo-jonowego. W przeciwieństwie do zmiennej wydajności, jaką cechuje się ten ostatni w różnych temperaturach, skręcone nanorurki węglowe wykazały spójność w magazynowaniu energii w szerokim zakresie temperatur, od -60 stopni Celsjusza do 100 °C.

Czytaj więcej

Technologie

Powstała przełomowa bateria wodna. Może odesłać akumulatory litowe na emeryturę

Naukowcy z Chin opracowali bezpieczną i wydajną baterię na bazie wody. To urządzenie o dużej gęstości energii i zaskakująco trwałe.

Technologia ta ma bardziej mechaniczne cechy niż elektrochemiczne, więc jest bezpieczniejsza, co oznacza wiele zastosowań, np. w medycynie. Może utorować drogę nowym implantom i czujnikom, które będą małe i lekkie. „Badanie pokazuje, że skręcone nanorurki węglowe mają ogromny potencjał w zakresie magazynowania energii mechanicznej i jesteśmy podekscytowani możliwością podzielenia się tą wiadomością ze światem” – stwierdził Ujjain w oświadczeniu cytowanym przez „Interesting Engineering”.

A może galaretka?

Nanorurki mogą być rewolucją w medycynie, podobnie jak baterie wyglądające jak galaretki, składające się z hydrożeli – trójwymiarowych sieci polimerów zawierających ponad 60 proc. wody. Mogą trafić do różnych implantów (np. w celu dostarczania leków lub leczenia schorzeń takich jak epilepsja), ale i robotów czy akcesoriów typu wearables. Takie baterie stworzyli naukowcy z Cambridge. Podczas gdy konwencjonalna elektronika wykorzystuje sztywne materiały metaliczne z elektronami jako nośnikami ładunku, te galaretkowe akumulatory wykorzystują jony do przenoszenia ładunku, podobnie jak węgorze elektryczne. Nie tylko dostarczają prąd, ale ponieważ są rozciągliwe (mogą rozciągać się ponaddziesięciokrotnie w stosunku do swojej pierwotnej długości bez utraty przewodności), są w stanie same się naprawiać. Profesor Oren Scherman, dyrektor Laboratorium Syntezy Polimerów w Melville, który współkierował badaniami, przekonuje, że prawdopodobieństwo odrzucenia implantu hydrożelowego przez organizm byłoby znacznie mniejsze, ponieważ nie zawierają sztywnych elementów, np. metalowych.