Tenká baterie, vyrobená na základě miliard nanopórů
Výzkumníci z americké univerzity v Marylandu vyvinuli jemnou elementární nanostrukturu, která obsahuje všechny potřebné složky pro funkci uchovávání elektrické energie. Těmto nanostrukturám dali název nanopóry.
Právě zvládnutí tohoto mechanismu na nanoskopické úrovni dává konstruktérům potenciální možnost vyrábět na základě celých polí těchto nanopórů či “elementárních energetických buněk” baterie obvyklých nebo ještě menších velikostí, které budou velice snadno konfigurovatelné a kontrolovatelné a jejichž výkonnostní parametry budou proto překonávat parametry baterií dnešních.
Nanopór je vlastně protáhlá dutinka uvnitř oblasti velmi tvrdého keramického materiálu (zde konkrétně tzv. eloxovaného oxidu hlinitého), která je zaplněna kapalným elektrolytem, schopným nést elektrický náboj. Tento náboj pak cestuje mezi dvěma drobnými nanoelektrodami na koncích dutinky. Příslušné nanoelektrody jsou tvořeny nanotrubičkami. Miliardy takových nanopórů, pokud se umístí vertikálně těsně vedle sebe do velmi tenkého dvourozměrného pole, zaberou plochu jako běžná poštovní známka.
Kamenem úrazu jsou použité chemické komponenty, které patří spíše ke dražším materiálům. Vnitřní část nanoelektrod, která slouží k vlastnímu uložení náboje, je tvořena oxidem vanadičným, navíc jinak upraveným pro anodu a katodu. Jejich vnější částí je sběrač proudu, tvořený rutheniem.
Podle zástupkyně výzkumného týmu, postgraduální studentky Chanyuan Liu, trvá jedno nabití této experimentální baterie 12 minut, přičemž součástka vydrží asi 1000 nabíjecích cyklů. Výhodou baterií, vyráběných na této bázi stylem “odshora nahoru”, tedy od malých struktur směrem k větším, je jejich vysoce pravidelná a dobře kontrolovatelná struktura na mikroúrovni, na rozdíl od dnešních trojrozměrných makrobaterií, jejichž struktura je často vnitřně nehomogenní a nedá se kontrolovat. To se negativně podepisuje na jejích vlastnostech. Přitom celkový součet objemu všech dutinek uvnitř takto zkompletovaných plochých baterií nebude o moc větší než je objem zrnka písku.
Nyní se výzkumníci soustředí na další úpravy a optimalizaci baterií, vytvářených na bázi nanopórů.
Zdroje: Phys.Org, Nature Nanotechnology
Více z pořadu
E-shop Českého rozhlasu
Kdo jste vy? Klára, nebo učitel?
Tereza Kostková, moderátorka ČRo Dvojka
Jak Klára obrátila všechno vzhůru nohama
Knížka režiséra a herce Jakuba Nvoty v překladu Terezy Kostkové předkládá malým i velkým čtenářům dialogy malé Kláry a učitele o světě, který se dá vnímat docela jinak, než jak se píše v učebnicích.
