Powstała płynna bateria. "To otwiera drogę do nowego typu technologii"

Szwedzcy naukowcy stworzyli, której można nadać dowolną formę i dzięki temu, na wiele sposobów, zintegrować z różnymi urządzeniami. Można ją nawet wydrukować za pomocą drukarki 3D.

Obok poszukiwań coraz pojemniejszych i wydajniejszych baterii, naukowcy szukają też nowych metod na łączenie ich z innymi urządzeniami. Chodzi o to, żeby na przykład akumulator mógłby się stać częścią karoserii lub podłogi samochodu, albo obudowy telefonu czy laptopa.

Zespół z Uniwersytetu w Linköping opracował właśnie płynne ogniwo, które może na takie łączenia pozwolić.

- Tekstura naszego materiału przypomina trochę pastę do zębów. Można go na przykład wykorzystać w drukarce 3D, aby nadać baterii dowolny kształt. To otwiera drogę do nowego typu technologii - mówi prof. Aiman Rahmanudin, autor wynalazku opisanego na łamach magazynu "Science Advances" (DOI 10.1126/sciadv.adr9010).

Badacze podkreślają, że za dziesięć lat do internetu ma być podłączonych ponad bilion urządzeń. Oprócz tradycyjnych technologii, takich jak telefony komórkowe, smartwatche czy komputery, będą to również noszone w lub na ciele urządzenia medyczne, takie jak pompy insulinowe, rozruszniki serca, aparaty słuchowe czy różnego rodzaju czujniki monitorujące stan zdrowia. Rozwijane są również takie technologie, jak miękka robotyka, e-tekstylia czy nawet podłączone do sieci implanty neuronalne.

- Baterie są największym elementem wszystkich urządzeń elektronicznych. Obecnie są one twarde i dość masywne. Jednak dzięki miękkiej i elastycznej baterii nie będzie już dzisiejszych ograniczeń projektowych. Baterię taką można zintegrować z elektroniką w zupełnie inny sposób i dostosować do użytkownika - tłumaczy badacz.

Kluczem do opracowania wynalazku było przekształcenie elektrod ze stanu stałego - w ciekły. Dotychczasowe próby stworzenia miękkich i rozciągliwych baterii opierały się na różnych rozwiązaniach mechanicznych, takich jak zastosowanie materiałów kompozytowych, które można rozciągać, lub połączeń przesuwających się względem siebie. Jednak te podejścia nie rozwiązywały sedna problemu - większa bateria ma co prawda wyższą pojemność, ale większa ilość materiałów aktywnych oznacza grubsze elektrody, a co za tym idzie - większą sztywność.

- Rozwiązaliśmy ten problem i jako pierwsi pokazaliśmy, że pojemność nie zależy od sztywności - mówi prof. Rahmanudin.

Badacze przypominają, że płynne elektrody były testowane już w przeszłości, ale bez większych sukcesów. W tamtym czasie wykorzystywano bowiem ciekłe metale, takie jak gal. Niestety taki materiał - wyjaśniają naukowcy - może pełnić funkcję jedynie anody i istnieje ryzyko, że podczas ładowania i rozładowywania ulegnie zestaleniu, tracąc swoje płynne właściwości.

Ponadto wiele dotychczasowych rozciągliwych baterii wykorzystywało rzadkie materiały, których wydobycie i przetwarzanie ma duży negatywny wpływ na środowisko.

Szwedzka grupa oparła budowę swojej baterii na przewodzących polimerach oraz ligninie - produkcie ubocznym powstającym przy wytwarzaniu papieru. Bateria może być ładowana i rozładowywana ponad 500 razy, zachowując wydajność. Można ją również rozciągnąć aż dwukrotnie i nadal będzie działa równie dobrze.

Wynalazek ma być też bezpieczniejszy dla środowiska.

- Ponieważ materiały użyte w baterii to polimery sprzężone i lignina, surowce są łatwo dostępne. Przekształcając produkt uboczny, taki jak lignina, w wartościowy materiał do produkcji baterii, przyczyniamy się też do bardziej cyrkularnego modelu gospodarki. Mówimy więc o zrównoważonej alternatywie dla obecnych technologii - mówi dr Mohsen Mohammadi, jeden z autorów publikacji.

Kolejnym krokiem ma być próba zwiększenia napięcia elektrycznego w baterii.

- Bateria nie jest idealna. Pokazaliśmy, że koncepcja działa, ale wydajność musi zostać jeszcze poprawiona. Obecne napięcie wynosi 0,9 V. Teraz będziemy szukać innych związków chemicznych, które pozwolą zwiększyć to napięcie. Jedną z opcji, którą badamy, jest wykorzystanie cynku lub manganu - dwóch metali powszechnie występujących w skorupie ziemskiej - wyjaśnia prof. Rahmanudin.