Nadchodzi elektryczne origami
Na elektryczności świat stoi i choć większość praw rządzących energią elektryczną już poznaliśmy, wciąż pozostaje wiele do odkrycia. Zwiększenie wydajności i zmniejszenie kosztów produkcji urządzeń wytwarzających i magazynujących energię stało się dziś głównym zadaniem nauki.
Papier, wynaleziony przez kancelistę cesarza chińskiego w 105 r. n.e., od swych początków służył i służy przede wszystkim jako nośnik ludzkich idei. Jednak już wkrótce zastosowanie papieru na masową skalę może ulec zmianie. Wyniki najnowszych eksperymentów prowadzonych na Uniwersytecie Stanford w Palo dowodzą, że papier świetnie sprawdza się w roli przewodnika prądu.
Papierowa bateria jest wynikiem prac prowadzonych w celu udoskonalenia technologii źródeł prądu stałego. Idealna bateria ma być mała, lekka, tania, elastyczna, superwydajna i biodegradowalna. Próby laboratoryjne wskazują, że bateria z papieru może spełnić wszystkie te kryteria. Komponentami nowej baterii są zwykły papier, jakiego każdy używa w pracy i domu oraz powłoka nanorurek węglowych w tuszu. Nanorurki węglowe, których właściwości coraz częściej używane są w elektronice i optyce, to struktury nadcząsteczkowe w kształcie pustego w środku walca o ściankach z jednoatomowej warstwy grafitu. Ich cechą charakterystyczną jest wyjątkowa wytrzymałość na rozrywanie, a w szczególności specjalne własności elektryczne, co skłoniło badaczy do eksperymentowania z tym coraz popularniejszym materiałem. Okazało się, że po wydrukowaniu warstwy nanorurek na standardowym papierze uzyskuje się arkusz o bardzo wysokim przewodnictwie.
Dodatkowym plusem tego wynalazku jest fakt, że po zwinięciu lub zgięciu wartość przewodności nie ulega zmianie, co może być wyjątkowo przydatne w tworzeniu nowych akumulatorków na potrzeby przemysłu elektronicznego. Papier zbudowany z milionów drobnych włókien w całej konstrukcji spełnia funkcję szkieletu, na którym opierają się nanorurki. Aby powłoka nanorurek ściślej pokryła warstwę papieru, ten ostatni jest najpierw podgrzewany, by stracić wszelką wilgoć własną.
Papierowe baterie tworzone na bazie celulozy czerpanej ze ścieru drzewnego magazynują maksymalnie do 7,5 watogodzin na kilogram. W porównaniu do baterii ołowiowych mających pojemność do 30Wh/kg nie jest to wciąż satysfakcjonujący wynik.
Rozwiązanie tego problemu może stanowić papier produkowany z glonów. Zespół szwedzkich naukowców z Uniwersytetu w Uppsali pod kierownictwem prof. Marii Str?mme twierdzi, że celuloza czerpana z kępy popularnie występujących na plażach glonów Cladophora posiada stukrotnie większe komórki, co minimum dwukrotnie zwiększy pojemność papierowych baterii.
Co więcej akumulatorki na bazie papieru z glonów będzie można naładować w ciągu jedenastu sekund.
Innowacyjne połączenie papieru z nanorurkami umożliwia tworzenie baterii niemal każdego kształtu, lekkich jak piórko i bardzo wytrzymałych. Można przypuszczać, że ich masowa produkcja w perspektywie kilku lat zrewolucjonizuje elektronikę, realizując postulat elastyczności.
Zbigniew Mądracki
