Smartfony, tablety i inne urządzenia elektroniczne działają na akumulatorach, ale po tysiącach cykli użytkowania baterie zaczynają tracić zdolność utrzymywania ładunku. Większość nowoczesnych baterii to litowe, ale z czasem lit wewnątrz baterii będzie korodował.
Zamiast litu, naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Irvine wykorzystali złote nanoprzewody do przechowywania ładunku elektrycznego, a opracowany przez nich system okazał się lepszy od tradycyjnych baterii litowych. Wytrzymał 200 000 cykli ładowania bez znaczącego pogorszenia właściwości i oznak korozji.
Jednak nadal nie do końca rozumieją, dlaczego tak się dzieje. Pierwotnym zamysłem eksperymentu było wykonanie baterii z elektrolitem stałym, w której zamiast elektrolitu ciekłego zastosowano pastę elektrolitową. Akumulatory płynne, takie jak lit, są wysoce łatwopalne i wrażliwe na temperaturę. Badacze eksperymentowali z użyciem grubych, przewodzących past.
„Rozpoczęliśmy cykl ładowania urządzenia, a potem zdaliśmy sobie sprawę, że nie„ umrze”” - powiedział kierownik badania Reginald Penner. „Ale jak dotąd nie rozumiemy mechanizmu tego”.
Zgodnie z nową technologią do tworzenia akumulatorów wykorzystuje się złoty nanoprzewód, nie grubszy od bakterii, pokryty tlenkiem manganu i zabezpieczony warstwą pasty elektrolitycznej. Pasta współdziała z powłoką tlenku, aby zapobiec korozji. Im dłuższy nanoprzewód, tym większa powierzchnia i tym większy ładunek może utrzymać. Inni badacze od dawna eksperymentowali z nanodrutami, ale w przeciwieństwie do nich naukowcy z University of Irvine jako pierwsi zasugerowali użycie pasty ochronnej.
„Pasta to znacznie więcej niż tylko trzymanie razem przewodów. Wydaje się, że sprawia, że tlenek metalu jest bardziej miękki i bardziej odporny na pękanie”- powiedział Penner.
Technologia ta obiecuje 400-krotne zwiększenie żywotności baterii w elektronice użytkowej, ale jak dotąd platforma testowa nie jest prawdziwą baterią. Baterie mają anodę, przez którą prąd elektryczny dostaje się do układu oraz katodę, przez którą wypływa. Zamiast tego naukowcy związali ze sobą dwie katody, które zastępują się podczas ładowania. Ciągły cykl wymiany katod sprawia, że jest to idealny system do testowania wielokrotnych doładowań.
Penner mówi, że to jak ciągły proces przelewania wody z jednej filiżanki do drugiej iz powrotem. Po kilkuset cyklach nalewania zwykle wylewa się część wody, zmniejszając „ładunek”. Ale system Pennera, wlewając wodę między „kubki” 200 tysięcy razy, traci tylko około 5 proc.
Film promocyjny:
Pomimo użycia śladowych ilości złota w tym eksperymencie może to spowodować, że produkcja takich baterii będzie kosztowna. Penner sugeruje, że zamiast złota można by użyć bardziej pospolitego metalu, takiego jak nikiel.
Sergey Lukavsky