Ja ir kāda lieta, kas mūs ieskauj un no kuras mēs nevaram izvairīties, tad tā ir plastmasa. Labāk vai sliktāk, plastmasas tiek izmantota visam, un mēs esam to tik ļoti ļaunprātīgi izmantojuši, ka pat mūsu sperma ir pilna ar plastmasu. Tomēr tās visas nav vienādas, un ir viena ļoti īpaša, kas tika atklāta pagājušā gadsimta astoņdesmitajos gados: poli(3,4-etilēndioksi tiofēns) jeb saīsinājumā PEDOT. Mēs runājam par īpašu plastmasu, jo tā, lai gan ar ierobežojumiem, ir elektrovadoša.
Tomēr UCLA pētnieki ir atraduši veidu, kā no PEDOT izveidot superkondensatoru, un tas ir kaut kas, kas potenciāli var mainīt enerģijas uzglabāšanu un pārvadi.
PEDOT. Plastmasu bieži izmanto priekšmetos, kuriem nepieciešama elektriskā izolācija. Vienkāršs piemērs ir lādētāji vai kontaktdakšas, kuru pārklājums ir polimērs. Tomēr 20. gadsimta 80. gados tika atklāta kombinācija, kas ļāva izveidot elektrovadošo polimēru. Un tas to darīja normālā vidē, tātad gaiss un mitrums neizraisīja kaitējumu.
Tāpēc to izmanto daudzu veidu ierīcēs, piemēram, OLED paneļos, skārienjūtīgos ekrānos, elektrohromos elementos, sensoros, elastīgās elektrovadošās plēvēs vai elastīgos saules paneļos, pat tādos eksperimentos kā 2.0 ķieģelis ar enerģijas uzkrāšanu vai elektriski augoša grīda.
Gandrīz visam. Problēma ar PEDOT ir tā, ka tas labi pārvada elektroenerģiju, bet nav labs tās uzglabāšanā, jo tā virsmas laukums nav pietiekams, lai uzglabātu lielu enerģijas daudzumu. Tāpēc ar ķieģeļiem, par kuriem runājām iepriekš, pietika, lai izgaismotu LED (kam nepieciešams ārkārtīgi mazs elektroenerģijas daudzums), bet ne daudz vairāk. Bet, protams, ja jau plastmasa ar PEDOT ir piedzīvojusi revolūciju, mēs varētu spert vēl vienu soli tālāk, vai ne?
SuperPEDOT. Šādu jautājumu izvirzīja Kalifornijas Universitātes ķīmiķu komanda, kas centās kontrolēt šī polimēra nanošķiedru augšanu, lai tās ne tikai vadītu elektrību, bet arī varētu to uzglabāt. Kalifornijas Universitātes ķīmiķi ir nosaukuši PEDOT nanošķiedras augšanu tvaika fāzē, un tās izplešas vertikāli.
Lai radītu vizuālāku priekšstatu, tas līdzinās zāles segai, kas ļauj palielināt materiāla virsmas laukumu, tādējādi nodrošinot polimēram labākas enerģijas uzglabāšanas īpašības. Šāds pieaugums ir panākts, grafīta loksnei pievienojot šķidrumu, kas sastāv no grafēna oksīda un dzelzs hlorīda nanodaļiņām. Pēc pakļaušanas tvaika iedarbībai veidojas šis vertikālais polimērs.
Plastmasas akumulators. Palielinot PEDOT virsmas laukumu, “mēs pietiekami palielinām tā ietilpību, lai izveidotu superkondensatoru,” saka Hahers El-Kadi, šī projekta galvenais pētnieks. Tas, protams, ir sasniegums, bet kādēļ? Nu, ideja ir radīt efektīvākas uzglabāšanas sistēmas, lai risinātu atjaunojamās enerģijas staciju uzglabāšanas problēmu. Tas ir kaut kas tāds, kas, piemēram, satricina tādu gigantu kā Ķīna plānus.
Lietojumprogrammas. Un liels šī superPEDOT pluss ir tas, ka tas var atbrīvot enerģiju, uzkrājot elektrisko lādiņu uz tā virsmas. Tas ļauj to uzlādēt un izlādēt ārkārtīgi ātri, padarot to par ideālu sistēmu lietojumiem, kur nepieciešams ātri atbrīvot visu enerģiju un atkal uzglabāt to ātrāk nekā parastā baterijā.
Kā piemēru varētu minēt fotokameras zibspuldzi, bet arī kaut ko daudz praktiskāku enerģētikas pārejai automobiļu segmentā: reģeneratīvās bremzēšanas sistēmas elektriskajos transportlīdzekļos. Parastā baterija uzkrāj un atbrīvo enerģiju, izmantojot lēnas ķīmiskās reakcijas, bet šis PEDOT superkondensators var izmantot reģeneratīvo bremzēšanu, turpinot šo piemēru, lai uzkrātu lielāku enerģijas lādiņu, kas pēc tam darbina riteņus.
Daudzsološs. Komanda apgalvo, ka tā vadītspēja ir 100 reižu augstāka nekā citiem komerciāliem produktiem uz PEDOT bāzes, bet tā virsmas laukums ir četras reizes lielāks, kas atvieglo tā izmantošanu kā superkondensatoru. Viņi arī apgalvo, ka tas ir ļoti izturīgs, jo iztur vairāk nekā 70 000 uzlādes ciklu, kas padara to interesantāku par tradicionālajiem materiāliem, kuriem pastāvīgas uzlādes un izlādes procesā ir lielāks nodilums.
UCLA ir pārliecināta, ka “PEDOT ar grafēnu izmantošana superkondensatoros var palīdzēt sabiedrībai apmierināt tās vajadzības pēc enerģijas”, taču ir nepieciešami papildu pētījumi, lai pārbaudītu tā īpašības šajā jomā. Un, protams, šie superkondensatori nav bateriju aizstājējs, bet gan papildinājums lietojumos, kur nepieciešams liels uzlādes un izlādes ātrums.
Akumulators joprojām ir labākais komerciālais veids, kā uzglabāt šo enerģiju, un elektromobiļu joma ir viena no tām, kurā supravadītājiem ir liels potenciāls. Viens no interesantākajiem izmantošanas piemēriem ir MIT inženieru pirms dažiem gadiem detalizēti aprakstītais: ceļu pārvēršana superkondensatoros.
