Solná a papírová baterie

Vědci z Uppsalské univerzity ve Švédsku vyrobili flexibilní baterii za použití dvou běžných, levných přísad: celulózy a soli. Lehká dobíjecí baterie využívá tenké kousky papíru – lisované rohože ze zamotaných celulózových vláken – pro elektrody, zatímco roztok soli působí jako elektrolyt.

Papírová síla : Nová tenkovrstvá baterie má elektrody vyrobené z papíru potaženého polymerem a elektrolyt z papíru nasáklého solí. Laboratorní prototyp ukazuje buňku vtlačenou mezi sklíčka a zabalenou v hliníkovém sáčku.

Nová baterie by měla být levná, snadno vyrobitelná a šetrná k životnímu prostředí, říká vedoucí výzkumník Maria stromme . Navrhuje, že by mohl být použit k napájení levných lékařských diagnostických zařízení nebo senzorů na obalových materiálech nebo zapuštěných do tkaniny. K výrobě baterií nepotřebujete pokročilé vybavení, říká Stromme, takže by mohly být vyrobeny na místě v rozvojových zemích.

Nová baterie využívá typ dobíjecího tenkovrstvého designu, na kterém mnoho dalších výzkumníků a společností pracuje již několik let.

Tenkovrstvé baterie obvykle používají pevné elektrolyty místo kapaliny nebo gelu a jejich elektrody jsou obvykle vyrobeny z lithia kombinovaného s kovy, jako je nikl, kobalt nebo mangan. Solná a papírová baterie je ideální náhradou lithiových baterií používaných v mnoha nízkoenergetických přenosných zařízeních, jako jsou bezdrátové senzory, čipové karty, lékařské implantáty a RFID štítky. Pro tyto aplikace platí, že čím tenčí a menší je baterie, tím lépe, říká Sara Bradford, konzultantka pro energetiku a napájení ze společnosti Frost & Sullivan.

Tenkovrstvé baterie mají další atraktivní vlastnosti. Mají dlouhou životnost, udržují si náboj i po mnoha letech skladování a lze je nabít a vybít desítky tisíckrát, říká Raghu Das, generální ředitel výzkumné společnosti IDTechEX a odborník na tištěnou elektroniku, umožňující bezdrátové senzory, které může vydržet desítky let s připojeným vhodným energetickým kombajnem.

Nicméně jen hrstka startupů, jako např Infinite Power Solutions v Littleton, CO a Solicore v Lakeland, FL, vytvořili dostatek rizikové podpory, aby uvedli své baterie na trh. Cymbet v Elk River, MN, a Excellatron v Atlantě, GA, jsou dalšími silnými uchazeči o technologie připravené na trh. Podle údajů z května 2009 budou letos dodány více než čtyři miliony tenkovrstvých baterií zpráva od společnosti NanoMarkets pro výzkum trhu.

Nová papírová baterie, popsaná v článku publikovaném online v časopise Nano dopisy , má co dohánět. Lithiové baterie mohou dodávat 4 volty a mají hustotu energie 200 až 300 miliwatthodin na gram. Pro srovnání, jeden papírový bateriový článek dodává 1 volt a dokáže uložit až 25 miliwatthodin energie na gram. Při poskytování maximálního proudu ztrácí po 100 dobíjecích cyklech 6 procent své akumulační kapacity. Nicméně, Stromme říká, že její tým již provozoval baterii na 1000 dobíjecích cyklů při nižším proudu. Poukazuje také na to, že jde o čísla z počátečního laboratorního prototypu.

Vědci nyní pracují na optimalizaci baterie. Nakonec stohování více článků dohromady a jejich zapojení do série zvýší napětí. Mezitím, v závislosti na aplikaci, říká, můžeme vyladit velikost a proud, který odebíráme, abychom tyto požadavky splnili.

Papírovou baterii lze navíc dobíjet mnohem rychleji než lithiovou baterii. Celulóza, kterou Stromme a její kolegové používají, pochází z druhu znečišťujících řas, které se vyskytují v mořích a jezerech. Přestože buněčné stěny řas obsahují celulózu, má velmi odlišnou nanostrukturu, která jí dává 100krát větší povrch. Vědci potahují papír vyrobený z této celulózy vodivým polymerem a poté mezi papírové elektrody vloží filtrační papír napuštěný solným roztokem.

Ionty chlóru proudí z kladné elektrody na zápornou, zatímco elektrony putují vnějším obvodem a poskytují proud. Papírová elektroda uloží náboj při dobíjení v desítkách sekund, protože ionty protékají tenkou elektrodou rychle. Oproti tomu lithiovým bateriím trvá nabití 20 minut. Kombinace velké kapacity a krátké doby nabíjení je velmi unikátní, říká Stromme.

Bradford říká, že nová papírová baterie je ve srovnání s jinými tenkovrstvými technologiemi v relativně rané fázi výzkumu. Aby baterie uspěla, musíte mít dobré náklady a výrobní proces, ale klíčovým aspektem je výkon, říká. Pokud se nejedná o několikastupňové zlepšení stávající technologie, je velmi těžké zajistit, aby byla baterie zisková.

Stromme je přesvědčen, že design šetrný k životnímu prostředí najde speciální uplatnění. Podle ní by se mohl komerčně vyrábět do tří let.

skrýt