Bateria na sól i papier

Naukowcy z Uniwersytetu w Uppsali w Szwecji stworzyli elastyczną baterię z dwóch popularnych, tanich składników: celulozy i soli. Lekki akumulator wielokrotnego ładowania wykorzystuje cienkie kawałki sprasowanych z papieru mat ze splątanych włókien celulozowych jako elektrody, podczas gdy roztwór soli działa jako elektrolit.

Moc papieru : Nowy akumulator cienkowarstwowy ma elektrody wykonane z papieru powlekanego polimerem i elektrolit z papieru nasączonego solą. Prototyp laboratoryjny przedstawia komórkę wciśniętą między szkiełkami i zapakowaną w aluminiową torebkę.

Nowa bateria powinna być tania, łatwa w produkcji i nieszkodliwa dla środowiska, mówi główny badacz Maria stromme . Sugeruje, że może być używany do zasilania tanich urządzeń do diagnostyki medycznej lub czujników na materiałach opakowaniowych lub wbudowany w tkaninę. Stromme mówi, że nie potrzeba zaawansowanego sprzętu do produkcji baterii, więc można je wytwarzać na miejscu w krajach rozwijających się.

Nowa bateria wykorzystuje cienkowarstwową konstrukcję wielokrotnego ładowania, nad którą wielu innych badaczy i firm pracowało od kilku lat.

Baterie cienkowarstwowe zwykle wykorzystują elektrolity stałe zamiast cieczy lub żelu, a ich elektrody są zwykle wykonane z litu w połączeniu z metalami, takimi jak nikiel, kobalt lub mangan. Bateria solno-papierowa jest idealnym zamiennikiem baterii litowych stosowanych w wielu urządzeniach przenośnych o małej mocy, takich jak czujniki bezprzewodowe, karty inteligentne, implanty medyczne i tagi RFID. W tych zastosowaniach im cieńsza i mniejsza bateria, tym lepiej, mówi Sara Bradford, konsultant ds. energii i mocy w firmie Frost & Sullivan.

Baterie cienkowarstwowe mają inne atrakcyjne cechy. Mają długi okres trwałości, zachowując ładunek po przechowywaniu przez wiele lat i mogą być ładowane i rozładowywane dziesiątki tysięcy razy, mówi Raghu Das, dyrektor generalny firmy badawczej IDTechEX i ekspert w dziedzinie elektroniki drukowanej, umożliwiając bezprzewodowe czujniki, które może trwać przez dziesięciolecia z dołączonym odpowiednim kombajnem.

Jednak tylko kilka startupów, takich jak Nieskończone rozwiązania zasilania w Littleton, Kolorado i Solicore w Lakeland na Florydzie wygenerowały wystarczające wsparcie, aby wprowadzić swoje baterie na rynek. cymbet w Elk River, MN i Excellatron w Atlancie w stanie Georgia to inni silni rywale z technologiami gotowymi do wprowadzenia na rynek. Według danych z maja 2009 r., w tym roku zostanie dostarczonych ponad cztery miliony akumulatorów cienkowarstwowych raport przez firmę badawczą NanoMarkets.

Nowa bateria papierowa, opisana w artykule opublikowanym online w czasopiśmie Litery nano , ma trochę do nadrobienia. Baterie litowe mogą dostarczać 4 wolty i mają gęstość energii od 200 do 300 miliwatogodzin na gram. Dla porównania, pojedyncza bateria papierowa dostarcza 1 V i może przechowywać do 25 miliwatogodzin energii na gram. Zapewniając maksymalny prąd, po 100 cyklach ładowania traci 6 procent swojej pojemności. Jednak Stromme mówi, że jej zespół eksploatował już akumulator przez 1000 cykli ładowania przy niższym prądzie. Wskazuje również, że są to liczby ze wstępnego prototypu laboratoryjnego.

Naukowcy pracują obecnie nad optymalizacją baterii. Ostatecznie ułożenie wielu ogniw razem i połączenie ich szeregowo zwiększy napięcie. Tymczasem w zależności od aplikacji, jak mówi, możemy dostosować rozmiar i prąd, który pobieramy, aby spełnić te wymagania.

Baterię papierową można ponadto ładować znacznie szybciej niż baterię litową. Celuloza, której używa Stromme i jej koledzy, pochodzi z rodzaju zanieczyszczających alg występujących w morzach i jeziorach. Chociaż ściany komórkowe alg zawierają celulozę, mają one zupełnie inną nanostrukturę, co daje jej 100-krotną powierzchnię. Naukowcy powlekają papier wykonany z tej celulozy polimerem przewodzącym, a następnie umieszczają pomiędzy papierowymi elektrodami bibułę nasączoną roztworem soli.

Jony chloru przepływają od elektrody dodatniej do ujemnej, podczas gdy elektrony przemieszczają się przez obwód zewnętrzny, dostarczając prąd. Elektroda papierowa magazynuje ładunek podczas ładowania w ciągu kilkudziesięciu sekund, ponieważ jony szybko przepływają przez cienką elektrodę. Natomiast ładowanie baterii litowych zajmuje 20 minut. Połączenie dużej pojemności i krótkiego czasu ładowania jest wyjątkowe – mówi Stromme.

Bradford twierdzi, że nowy akumulator papierowy znajduje się na stosunkowo wczesnym etapie badań w porównaniu z innymi technologiami cienkowarstwowymi. Aby akumulator odniósł sukces, trzeba mieć dobry koszt i odpowiedni proces produkcyjny, ale wydajność jest kluczowym aspektem, mówi. Jeśli nie jest to kilkustopniowa poprawa istniejącej technologii, bardzo trudno jest sprawić, by bateria była opłacalna.

Stromme jest natomiast przekonany, że przyjazna środowisku konstrukcja znajdzie zastosowanie w niszach. Mówi, że mogłaby być produkowana komercyjnie w ciągu trzech lat.

ukryć