Akumulatoru pamatoti asociējas ar priekšmetu, kam ir cieta, kompakta forma. Vēl ievērojamāks ir zviedru zinātnieku sasniegums, kuri ir izstrādājuši šķidru akumulatoru, kas var būt visdažādāko formu.
Zinātnieki “sacenšas”, mēģinot izstrādāt jauna veida baterijas. Nesen ziņojām par Ohaio štata universitātes zinātnieku atklājumu – baterijas prototipu, kas var darboties ar kodolatkritumiem. Tikmēr zviedru zinātnieki atklāj savas kārtis un rāda pasaulei šķidru akumulatoru.
Vai šķidrā akumulatoru nozīmē revolūciju?
Papildus darbam pie baterijām ar lielāku ietilpību un labāku efektivitāti zinātnieki izstrādā arī jaunus veidus, kā tās integrēt ar citiem ierīču elementiem. Mērķis ir panākt, lai akumulators varētu pildīt citas funkcijas, piemēram, būt par daļu no automašīnas virsbūves vai grīdas, vai telefona vai klēpjdatora korpusa. Linkēpingas Universitātes zinātnieki tikko ir radījuši šķidru akumulatoru, kas var nodrošināt šādus savienojumus.
“Mūsu materiāla tekstūra ir nedaudz līdzīga zobu pastai. Piemēram, to var izmantot 3D printerī, lai piešķirtu akumulatoram jebkādu formu. Tas paver ceļu jauna veida tehnoloģijām,” saka profesors Aimans Rahmanudins (Ayman Rahmanudin), žurnālā Science Advances (DOI 10.1126/sciadv.adr9010) aprakstītā izgudrojuma autors.
Zinātnieki apgalvo, ka nākamo desmit gadu laikā internetam būs pieslēgts vairāk nekā triljons dažādu ierīču. Papildus jau labi zināmajām tehnoloģijām, piemēram, mobilajiem tālruņiem, viedpulksteņiem un datoriem, to vidū būs arī medicīniskās ierīces, ko nēsā ķermenī vai uz ķermeņa, tostarp insulīna sūkņi, elektrokardiostimulatori, dzirdes aparāti un dažādi sensori veselības uzraudzībai. Paralēli tiek izstrādātas tādas tehnoloģijas kā mīkstā robotika, e-tekstilijas un pat neironu implanti, kas darbojas kopā ar tīklu.
“Baterijas ir visu elektronisko ierīču lielākā sastāvdaļa. Pašlaik tās ir cietas un diezgan masīvas. Tomēr, pateicoties mīkstai un elastīgai baterijai, vairs nebūs šodienas dizaina ierobežojumu. Šādu akumulatoru varēs pilnīgi citādi integrēt ar elektroniku un pielāgot lietotājam,” skaidro pētnieks.
Inovatīva pieeja šķidrajiem elektrodiem
Galvenais jaunā izgudrojuma elements bija elektrodu pārveidošana no cietā stāvoklī uz šķidru. Iepriekšējie mēģinājumi radīt elastīgas un stiepjamas baterijas galvenokārt balstījās uz mehāniskiem risinājumiem – piemēram, izmantojot stiepjamus kompozītmateriālus vai šūnas, kas var slīdēt viena attiecībā pret otru. Tomēr šādas metodes neatrisina galveno problēmu: lai gan lielāka baterija nodrošina lielāku ietilpību, tas nozīmē arī vairāk aktīvo materiālu un līdz ar to biezākus un cietākus elektrodus.
“Mēs esam atrisinājuši šo problēmu un esam pirmie, kas parādījuši, ka kapacitāte nav atkarīga no cietības,” saka profesors Rahmanudins.
Zinātnieki atgādina, ka mēģinājumi izmantot šķidros elektrodus ir bijuši jau agrāk, taču tie nav devuši vērā ņemamus rezultātus. Toreiz tika izmantoti šķidrie metāli, piemēram, gallijs. Kā skaidro pētnieki, šāda veida materiāls var darboties tikai kā anods, un pastāv risks, ka uzlādes un izlādes cikla laikā tas sacietēs, kā rezultātā tas zaudēs šķidruma īpašības.
Turklāt daudzi iepriekšējie elastīgo bateriju modeļi ir balstīti uz retu izejvielu izmantošanu, kuru ieguve un turpmākā apstrāde rada ievērojamu slogu videi.
Šķidro akumulatoru īpašības
Zviedrijas komanda izstrādāja savu akumulatoru, izmantojot vadošus polimērus un lignīnu – vielu, ko iegūst kā papīra ražošanas blakusproduktu. Izstrādāto bateriju var uzlādēt un izlādēt vairāk nekā 500 reižu bez ievērojama veiktspējas zuduma. Turklāt akumulatoru var izstiept uz pusi, un tas joprojām darbojas tikpat efektīvi.
“Tā kā baterijā izmantotie materiāli ir konjugētie polimēri un lignīns, izejvielas ir viegli pieejamas. Pārvēršot tādu blakusproduktu kā lignīns par vērtīgu materiālu bateriju ražošanai, mēs arī veicinām aprites ekonomikas attīstību. Tādējādi mēs runājam par ilgtspējīgu alternatīvu esošajām tehnoloģijām,” saka viens no publikācijas autoriem Dr. Mohsen Mohammadi.
Tomēr profesors Aimans Rahmanudins (Ayman Rahmanudin) pieticīgi uzsver, ka “baterija nav perfekta”. Darba prototips nav galīgais produkts. Zinātnieku pašreizējais mērķis ir palielināt elektrisko spriegumu, kas ierīces konceptuālajā stadijā ir 0,9 V. Komanda meklē ķīmiskus savienojumus, kas varētu palielināt spriegumu.
“Viena no iespējām, ko mēs pētām, ir izmantot cinku vai mangānu – divus metālus, kas ir plaši izplatīti Zemes garozā,” skaidro profesors Rahmanudins.
