Энергия
бумаги: новая тонкопленочная батарея тонкого состоит из электродов в
виде, покрытой полимером бумаги и электролита, изготовленного из
бумаги, пропитанной солью. Лабораторный прототип показывает ячейку, зажатую между стеклянными листами и упакованную в алюминиевом
мешочке.
Исследователи в Университете Упсалы в Швеции сделали гибкую батарею, используя два дешевых компонента: целлюлоза и соль. Легкая, перезаряжающаяся батарея использует спрессованные маты из спутанных волокон целлюлозы - для электродов, в то время соль работает как электролит.
Новая батарея должна быть дешевой, легкой в изготовлении и экологически чистой, говорит ведущий исследователь Мария Стромм. Она считает, что такие батареи могли бы использоваться для работы дешевых медицинских устройства диагностики или датчиков на упаковочных материалах. "Вам не надо современного оборудования для изготовления батарей," говорит Стромм, ", Эти батареи могут легко изготавливаться в развивающихся странах."
Новая батарея результат работы ученых, которые в течение нескольких лет изучали тонкие пленки.
Тонкопленочные батареи обычно используют твердые электролиты вместо жидкости или геля, и их электроды обычно изготавливаются из лития, в комбинации с металлами, типа никеля, кобальта, или марганца. Батарея соли-бумага - идеальная замена для литиевых батарей, используемых во многих портативных устройствах малой мощности, например беспроводных датчиков, смарт- карт, медицинских имплантантов. "Для этих применений, чем более тоньше и меньше батарея, тем лучше," говорит Сара Брадфорд, консультант Frost & Sullivan.
Тонкопленочные батареи имеют и другие привлекательные особенности. Они имеют длительный срок годности, их работоспособность сохраняется даже после хранения в течение многих лет, и их можно заряжать и разряжать десятки тысяч раз, говорит Рагу Дас, главный администратор компании исследования IDTechEX и эксперт по печатной электронике, "Это позволит беспроводным датчикам, которые могут работать в течение многих десятилетий иметь соответствующую энергию для работы ."
Больше чем четыре миллиона тонкопленочных батарей изготовит в этом году фирма NanoMarket, согласно ее майского сообщения 2009 года.Кроме того, налаживают выпуск этих батарей и другие фирмы.
Новая бумажная батарея, описанная в отчете, изданной онлайн в журнале Nano Letters, может быть сравнена с литиевой батареей. Литиевые батареи имеют мощность 4 вт ,имея удельную энергию 200 - 300 милливатта в час на грамм. Пор сравнению с ним, единственный бумажный элемент аккумуляторной батареи поставляет 1 вт и может сохранять энергию до 25 милливатт в час на грамм. При максимальной мощности потери достигают 6 процентов от емкости запоминающего устройства после 100 циклов перезарядки. Однако, Стромм говорит, что ее команда уже управляла батареей для 1 000 циклов перезарядки при более низкой мощности. Она также указывает, что это лишь прототип.
Исследователи теперь работают над оптимизацией батареи. В конечном счете, пакетирование многократных ячеек вместе и соединение их последовательно, увеличит напряжение. Тем временем, в зависимости применения, говорит она, "мы можем настроить размер и мощность, чтобы выполнить эти требования."
Бумажная батарея может кроме того перезаряжается намного быстрее, чем литиевая батарея. Целлюлоза, которую Стромм и ее коллеги, используют изготавливается из морских водорослей, найденных в морях и озерах. Стенки клетки морских водорослей содержат целлюлозу, которая имеет сложную наноструктуру в 100 раз имеющая большую поверхностную область, чем обычная целлюлоза. Исследователи покрывают бумагу, сделанную из этой целлюлозы полимером и затем бутерброд, впитанная солью-решением фильтровальная бумага между бумажными электродами.
Ионы хлора перемещаются от положительного электрода до отрицательного, в то время как электроны перемещаются по внешнему контуру, обеспечивая ток. Бумажный электрод сохраняет энергию, перезаряжаясь за десятки секунд, потому что ионы перемещаются через тонкий электрод быстро. Напротив, перезарядка литиевых батарей занимает 20 минут. "Комбинация большой вместимости и небольшого времени зарядки очень уникальна," говорит Стромм.
Брэдфорд говорит, что новая бумажная батарея - в относительно ранней стадии исследования по сравнению с другими технологиями тонких пленок "Для батареи, чтобы преуспеть, Вы должны иметь хорошую стоимость и производственный процесс в месте, но работа - ключевой аспект," говорит она. "Если это не усовершенствование нескольких-степеней на существующей технологии, очень трудно сделать батарею выгодной."
Стромм, тем временем, уверена, что безвредный для окружающей среды проект найдет ниши для своего применения. Она говорит, что разработка будет коммерциализирована в течение трех лет.
www.technologyreview.com
|
