Ρευστές μπαταρίες σαν οδοντόκρεμα είναι το μέλλον στις έξυπνες συσκευές

Οι έξυπνες συσκευές όπως τα κινητά τηλέφωνα, τα smartwatches και τα tablets έχουν σταθερό σχήμα και βασίζονται σε μπαταρίες λιθίου-ιόντων, που έχουν επίσης σταθερό σχήμα. Ωστόσο, μια νέα γενιά συσκευών –τα ηλεκτρονικά επιθέματα (skin patches), οι ιατρικοί αισθητήρες, τα ηλεκτρονικά υφάσματα και τα μαλακά ρομπότ – έχουν διαφορετικές απαιτήσεις και χρειάζονται συσσωρευτές με μεταβλητό σχήμα.

Όπως διαβάζουμε στο thebrighterside.news,το πρόβλημα με τις συμβατικές μπαταρίες είναι ότι για να αυξηθεί η χωρητικότητα χρησιμοποιούνται όλο και πιο σπάνια υλικά τα περισσότερα εκ των οποίων είναι άκαμπτα. Το μεγαλύτερο μέρος της έρευνας σε αυτόν τον τομέα αφορά τέτοιες μπαταρίες με στερεά ηλεκτρόδια, και η έμφαση είναι στην αύξηση της χωρητικότητας. Ωστόσο, ερευνητές από το Πανεπιστήμιο του Λινσέπινγκ (Σουηδία) παρουσίασαν μια διαφορετική διάταξη με ρευστά ηλεκτρόδια, κάτι που επιτρέπει την αλλαγή σχήματος και διαστάσεων χωρίς εκπτώσεις στη χωρητικότητά τους.

Το «μυστικό» της ευκαμψίας βρίσκεται στη σύσταση των ηλεκτροδίων

Τα ηλεκτρόδια των ερευνητών έχουν υφή σαν οδοντόκρεμα και περιέχουν σωματίδια ηλεκτρικά ενεργών υλικών που αιωρούνται σε έναν ηλεκτρολύτη. Αυτά τα ρευστά αντλούν τη σταθερότητα αλλά και την ευκαμψία τους από το ιξώδες τους (τη «συγκολλητική» δύναμη που κρατάει τα μόρια ενωμένα). Αυτή είναι η πρώτη εφαρμογή που δείχνει ότι η χωρητικότητα της διάταξης μπορεί να αυξηθεί χωρίς τη χρήση ανελαστικών ηλεκτροδίων.

Πέρα από την ελαστικότητά τους, οι μπαταρίες αυτές έχουν αυξημένη διάρκεια ζωής και χαμηλότερο κόστος, αφού δεν περιέχουν σπάνιες γαίες. Τα ηλεκτρόδια στις ρευστές μπαταρίες είναι από πλαστικά πολυμερή, που είναι καλοί αγωγοί του ηλεκτρισμού. Ένα τέτοιο υλικό είναι η λιγνίνη, ένα φυσικό συστατικό των δέντρων, το οποίο υπάρχει σε αφθονία ως παραπροϊόν της παραγωγής χαρτιού. Περίπου 100 εκατομμύρια τόνοι λιγνίνης παράγονται κάθε χρόνο και είτε απορρίπτονται στο περιβάλλον είτε καίγονται. Επομένως, η παραγωγή αυτών των μπαταριών είναι περισσότερο βιώσιμη από τις μπαταρίες λιθίου-ιόντων.

Σε ό,τι αφορά τα χαρακτηριστικά τους, οι διατάξεις αυτές μπορούν να εκταθούν κατά 100% χωρίς να χάσουν τη λειτουργικότητά τους. Σε δοκιμές που πραγματοποιήθηκαν αποδείχθηκε ότι μπορούν να διαρκέσουν 500 κύκλους φόρτισης-αποφόρτισης χωρίς να χάσουν τη χωρητικότητά τους.

Μέχρι πρότινος, οι ρευστές μπαταρίες βασίζονταν σε υγρά μέταλλα όπως το γάλλιο, αλλά το υλικό αυτό είχε σημαντικά μειονεκτήματα: δεν μπορεί να λειτουργήσει ως κάθοδος, ενώ χάνει τη ρευστότητά του και μετατρέπεται σε στερεό. Σημαντικά είναι επίσης και τα περιβαλλοντικά του μειονεκτήματα.

Οι τρέχουσες επιδόσεις δεν καλύπτουν ακόμα τις ανάγκες της αγοράς

Ωστόσο, και οι ρευστές διατάξεις χρήζουν βελτίωσης. Προς το παρόν, έχουν επιτευχθεί μόνο 0,9 volt τάσης, η οποία δεν επαρκεί για πρακτικές εφαρμογές όπως ηλεκτρονικές συσκευές και τηλέφωνα. Οι επιστήμονες το γνωρίζουν αυτό και δοκιμάζουν διάφορους χημικούς συνδυασμούς, προκειμένου να αυξήσουν την τάση. Μια λύση είναι η ενσωμάτωση συνηθισμένων μετάλλων, π.χ. ψευδαργύρου και μαγγανίου, χωρίς να υπάρχουν περιβαλλοντικές επιπτώσεις.