Powstała bateria o konsystencji pasty do zębów, której można nadać dowolny kształt

Szwedzcy naukowcy opracowali baterię, która może przybierać dowolny kształt. Jest miękka, rozciągliwa i może zostać zintegrowana z urządzeniami elektronicznymi w zupełnie nowy sposób.

Opracowana przez naukowców z Uniwersytetu w Linköping w Szwecji nowa bateria ma konstystencje pasty do zębów. Może przybierać dowolną formę lub kształt. Można ją rozciągać i zgniatać, a mimo to będzie nadal funkcjonować. Można ją nawet wydrukować w drukarce 3D. Te cechy umożliwiają integrowanie jej z urządzeniami na wiele różnych sposobów.

Opis prac nad nowatorską baterią ukazała się w czasopiśmie „Science Advances” (DOI: 10.1126/sciadv.adr9010).

Uzależnienie od baterii

Baterie są ważnymi źródłami zasilania dla różnych urządzeń elektronicznych, bez których trudno się obejść we współczesnym świecie. Od smartfonów po rozruszniki serca, pompy insulinowe, laptopy, aż po czujniki monitorujące stan zdrowia – baterie stały się krytycznym elementem naszego codziennego życia.

Szacunki sugerują, że w ciągu następnej dekady do internetu będzie podłączony ponad bilion urządzeń. Jeśli wszystkie te gadżety mają działać w sposób, który nie będzie przeszkadzał użytkownikowi, należy opracować nowe rodzaje baterii.

– Baterie są największym elementem całej elektroniki. Obecnie są twarde i dość duże. Ale w przypadku miękkiej i elastycznej baterii nie ma żadnych ograniczeń konstrukcyjnych. Można ją zintegrować z elektroniką w zupełnie inny sposób i dostosować do użytkownika – powiedział Aiman ​​Rahmanudin z Uniwersytetu w Linköping, główny autor publikacji.

Obecne baterie są sztywne, często grube i zajmują dużo miejsca. A na przykład taka elastyczna bateria, której można nadać dowolny kształt, mogłaby być częścią karoserii elektrycznego samochodu. Można by również z takiej baterii zrobić obudowę do laptopa czy smartfona albo pasek do smartwatcha.

Elastyczny akumulator

Poprzednie próby stworzenia rozciągliwej, przybierającej dowolny kształt baterii, opierały się na wykorzystaniu różnorakich elastycznych materiałów kompozytowych. Ale to nie rozwiązywało sedna problemu – duża bateria ma większą pojemność, ale posiadanie większej ilości materiałów aktywnych oznacza grubsze elektrody, a tym samym większą sztywność.

Kluczem do opracowanie elastycznej baterii było nowe podejście – przekształcenie elektrod ze stanu stałego w ciekły. Dokonał tego Rahmanudin wraz ze swoimi współpracownikami. – Rozwiązaliśmy ten problem i jako pierwsi wykazaliśmy, że pojemność jest niezależna od sztywności – przyznał Rahmanudin.

Płynne elektrody również były testowane w przeszłości, ale bez większego powodzenia. W tamtych próbach wykorzystywano metale ciekłe, takie jak gal. Jednak materiał ten może pełnić jedynie funkcję anody i istnieje ryzyko, że ulegnie zestaleniu podczas ładowania i rozładowywania, tracąc swoją płynną naturę. Ponadto wiele wcześniej wyprodukowanych rozciągliwych baterii wykorzystywało rzadkie materiały, których wydobycie oraz przetwarzanie ma duży wpływ na środowisko.

Zrównoważona alternatywa

Szwedzcy badacze oparli swoją miękką baterię na przewodzących tworzywach sztucznych (polimerach sprzężonych) i ligninie, produkcie ubocznym z wytwórni papieru. Bateria może być ładowana i rozładowywana ponad 500 razy i nadal zachowuje swoją wydajność. Można ją też dwukrotnie rozciągnąć i nadal będzie działać tak samo dobrze.

Do produkcji baterii nie są potrzebne żadne minerały ziem rzadkich. Co więcej, jej twórcy przekonują, że można ją wyrzucić do śmieci bez obaw o zanieczyszczenie, ponieważ nie zawiera żadnych toksycznych materiałów.

– Ponieważ materiały w baterii to sprzężone polimery i lignina, surowce są obfite. Przekształcając produkt uboczny, taki jak lignina, w towar o wysokiej wartości, taki jak bateria, przyczyniamy się do bardziej cyrkularnego modelu. Jest to więc zrównoważona alternatywa – przyznał Mohsen Mohammadi z Uniwersytetu w Linköping, współautor artykułu opublikowanego w „Science Advances”.

Jednak elastyczna bateria ma pewne ograniczenia. – Akumulator nie jest idealny. Pokazaliśmy, że koncepcja działa, ale wydajność musi zostać poprawiona. Napięcie wynosi obecnie 0,9 V. Teraz przyjrzymy się wykorzystaniu innych związków chemicznych w celu zwiększenia napięcia. Jedną z opcji, którą rozważamy, jest wykorzystanie cynku lub manganu, dwóch metali, które powszechnie występują w skorupie ziemskiej – powiedział Rahmanudin.

Źródło: Linköping University, fot. Thor Balkhed/ Linköping University