Obudowa i bateria w jednym

[KopalniaWiedzy.pl 358]

Dzięki pracom uczonych z Vanderbilt University w przyszłości możemy pozbyć się tradycyjnych baterii i akumulatorów z urządzeń elektrycznych. Świeżo upieczony magister Andrew Westover i profesor Cary Pint pracują nad materiałem, który jednocześnie może być np. obudową smartfonu i zapewniać mu energię potrzebną do pracy.

Urządzenia te dowodzą, że możliwe jest stworzenie materiałów zdolnych do przechowywania i uwalniania znaczących ilości energii elektrycznej w czasie, gdy są poddawane naciskowi lub wibracjom. Andrew zrealizował nasze marzenie o opracowaniu materiałów strukturalnych przechowujących energię - mówi profesor Pint.

Gdy możesz przechowywać energię w komponentach wykorzystanych do budowy systemu, otwiera się przed tobą cała gama nowych możliwości. Nagle wszelkie urządzenia związane ze zdrowiem, rozrywką, komunikacją czy podróżą przestają być zależne od kabli i zewnętrznych źródeł energii - dodaje uczony.

Urządzenie, które powstało na Vanderbilt University, to rodzaj superkondensatora, który przechowuje energię w postaci naładowanych jonów na powierzchni porowatego materiału. Współczesne baterie przechowują energię chemiczną.

Superkondensatory mogą być przyszłością systemów przechowywania energii. Charakteryzuje je jednak niewielka gęstość energii. Muszą więc być większe i cięższe, by przechować tyle samo energii co akumulatory litowo-jonowe.

Pomiary wydajności akumulatora zmieniają się, gdy energię przechowujesz w ciężkich materiałach, które musisz włączyć w urządzenie. Superkondensatory przechowują dziesięciokrotnie mniej energii niż współczesne akumulatory litowo-jonowe, ale mogą pracować tysiące razy dłużej. To oznacza, że lepiej nadają się do zastosowań strukturalnych. Nie ma sensu budować domu, samochodu czy pojazdu kosmicznego, w których co kilka lat musisz wymieniać akumulator, by całość działała - mówi Pint.

Pomysł Westovera polega na stworzeniu materiału zawierającego krzemowe elektrody, w których za pomocą środków chemicznych wytrawiono nanopory. Całość została następnie pokryta cienką ochronną warstwą węgla podobną do grafenu. Pomiędzy elektrodami znajduje się warstwa polimeru będąca zbiornikiem naładowanych jonów. Gdy dwie elektrody zostaną jednocześnie naciśnięte, polimer przedostaje się do porów w krzemie. Tam się schładza i utwardza, tworząc niezwykle silne wiązania mechaniczne. W ten sposób zapobiega się najpoważniejszemu problemowi związanemu z produkcją wielowarstwowych materiałów, na które mogą działać różne obciążenia – ich delaminacji. Połączenie nanoporów z polimerowym elektrolitem spaja całość niezwykle mocno.

Na razie trudno powiedzieć, jak w warunkach rzeczywistych sprawdzi się nowy materiał. W literaturze fachowej brak bowiem informacji o jakichkolwiek testach prowadzonych w warunkach rzeczywistych na strukturalnych materiałach przechowujących energię.

« powrót do artykułu