211service.com
Et salt- og papirbatteri
Forskere ved Uppsala Universitet i Sverige har lavet et fleksibelt batteri ved hjælp af to almindelige, billige ingredienser: cellulose og salt. Det lette, genopladelige batteri bruger tynde stykker papirpressede måtter af sammenfiltrede cellulosefibre - til elektroder, mens en saltopløsning fungerer som elektrolytten.
Papirkraft : Et nyt tyndfilmsbatteri har elektroder lavet af polymer-coated papir og en elektrolyt lavet af salt-gennemvædet papir. En laboratorieprototype viser cellen presset mellem objektglas og pakket i en aluminiumspose.
Det nye batteri skal være billigt, nemt at fremstille og miljøvenligt, siger ledende forsker Maria strømme . Hun foreslår, at det kan bruges til at drive billige medicinske diagnostiske enheder eller sensorer på emballagematerialer eller indlejret i stof. Man behøver ikke avanceret udstyr til at lave batterierne, siger Stromme, så de kunne laves på stedet i udviklingslande.
Det nye batteri bruger en type genopladeligt tyndfilmsdesign, som mange andre forskere og virksomheder har arbejdet på i flere år.
Tyndfilmsbatterier bruger typisk faste elektrolytter i stedet for væske eller gel, og deres elektroder er typisk lavet af lithium kombineret med metaller som nikkel, kobolt eller mangan. Salt-og-papir-batteriet er en ideel erstatning for de lithium, der bruges i mange bærbare enheder med lavt strømforbrug, såsom trådløse sensorer, smart cards, medicinske implantater og RFID-tags. Til disse applikationer gælder det, at jo tyndere og mindre batteriet er, jo bedre, siger Sara Bradford, en energi- og strømkonsulent hos Frost & Sullivan.
Tyndfilmsbatterier har andre attraktive funktioner. De har en lang holdbarhed, bevarer deres ladning efter at have været opbevaret i mange år, og de kan oplades og aflades titusindvis af gange, siger Raghu Das, administrerende direktør for forskningsvirksomheden IDTechEX og ekspert i trykt elektronik, hvilket muliggør trådløse sensorer, der kan holde i årtier med en passende energihøster påmonteret.
Det er dog kun en håndfuld startups, som f.eks Uendelige strømløsninger i Littleton, CO, og Solicore i Lakeland, FL, har genereret nok venture-støtte til at bringe deres batterier på markedet. Cymbet i Elk River, MN, og Excellatron i Atlanta, GA, er andre stærke konkurrenter med markedsklare teknologier. Mere end fire millioner tyndfilmsbatterier vil blive sendt i år, ifølge en maj 2009 rapport af markedsundersøgelsesfirmaet NanoMarkets.
Det nye papirbatteri, beskrevet i et papir offentliggjort online i tidsskriftet Nano bogstaver , har lidt at indhente. Lithium-batterier kan levere 4 volt og har energitætheder på 200 til 300 milliwatt-timer pr. gram. Til sammenligning leverer en enkelt papirbattericelle 1 volt og kan lagre op til 25 milliwatt-timers energi pr. gram. Når den giver maksimal strøm, mister den 6 procent af sin lagerkapacitet efter 100 genopladningscyklusser. Stromme siger dog, at hendes team allerede har kørt batteriet i 1.000 genopladningscyklusser ved lavere strøm. Hun påpeger også, at det er tal fra en indledende laboratorieprototype.
Forskerne arbejder nu på at optimere batteriet. Til sidst vil spændingen øges ved at stable flere celler sammen og forbinde dem i serie. I mellemtiden kan vi afhængigt af applikationen, siger hun, justere størrelsen og den strøm, vi trækker, for at opfylde disse krav.
Papirbatteriet kan desuden genoplades meget hurtigere end et lithiumbatteri. Den cellulose, som Stromme og hendes kolleger bruger, kommer fra en type forurenende alger, der findes i have og søer. Selvom algernes cellevægge indeholder cellulose, har den en meget anderledes nanostruktur, som giver den 100 gange overfladearealet. Forskerne belægger papiret fremstillet af denne cellulose med en ledende polymer og lægger derefter et filterpapir, der er gennemvædet med saltopløsning, mellem papirelektroderne.
Klorioner strømmer fra den positive elektrode til den negative, mens elektroner bevæger sig gennem det eksterne kredsløb og giver strøm. Papirelektroden gemmer ladning, mens den genoplades på ti sekunder, fordi ioner strømmer hurtigt gennem den tynde elektrode. I modsætning hertil tager lithiumbatterier 20 minutter at genoplade. Kombinationen af stor kapacitet og lille ladetid er meget unik, siger Stromme.
Bradford siger, at det nye papirbatteri er på et relativt tidligt forskningsstadium sammenlignet med andre tyndfilmsteknologier. For at et batteri skal lykkes, skal du have en god omkostnings- og fremstillingsproces på plads, men ydeevne er nøgleaspektet, siger hun. Hvis det ikke er en forbedring på flere grader i forhold til eksisterende teknologi, er det meget svært at gøre batteriet rentabelt.
Stromme er i mellemtiden overbevist om, at det miljøvenlige design vil finde nicheanvendelser. Hun fortæller, at den kunne produceres kommercielt inden for tre år.