Listy rastlín ako kľúč k batériám s dlhou životnosťou

Objavy sľubujúce dlhšiu životnosť a lepšie parametre batérií sa objavujú s takou pravidelnosťou a frekvenciou, že sa dostávajú pod prah citlivosti čitateľov. Dôvodom je, že sa nové poznatky do praxe dostávajú len pomaly, alebo vôbec nie.

Ale jeden z najnovších objavov je zaujímavý tým, že ho inšpirujú jedny z najbežnejších štruktúr v prírode – listy rastlín, resp. siete ich ciev a schránky hmyzu.

Pozrite siElektródy inšpirované papradím môžu priniesť revolučné superkapacitory

Vedci vytvorili porézny materiál, ktorý napodobňuje optimalizované prúdenie živín v rastlinných listoch. Podľa medzinárodného tímu vedcov môže prirodzená štruktúra stavby listov zlepšiť výkon viacerých typov komponentov – od dobíjacích batérií, až po vysoko výkonné senzory.

Hierarchické porézne štruktúry v živých Murray sieťach v listoch a v hmyzeZDROJ | Nature

(A) fotografický obraz listových žiliek, (B) SEM listových žiliek. (C) fotografický obraz prieduchov hmyzu, (D) SEM prieduchov hmyzu, hierarchické porézne sieťové modely žiliek (E) a prieduchov hmyzu (F).

Elektródy lítiových batérii s novou štruktúrou by nielen zlepšili procesy nabíjania a vybíjania, ktoré majú vplyv na životnosť batérie, ale znížila by sa aj záťaž samotných elektród. Batérie by dokázali uložiť viac náboja (mohli by mať až 25-krát väčšiu kapacitu ako dnes), nabili by sa rýchlejšie a mali by aj dlhšiu životnosť.

Rovnaký materiál by mohol byť použitý pre vysoko výkonné snímače plynu alebo pre fotokatalýzu rozkladu organických látok znečisťujúcich vodu.

Pozrite siVyvinuli Li-ion batérie, ktoré nevybuchnú

Pri návrhu nového materiálu inšpirovaného prírodou medzinárodný tím vedcov z Číny, Veľkej Británie, Spojených štátov a Belgicka napodobnil pravidlo nazvané Murrayov zákon, ktorý  pomáha živým organizmom (rastlinám aj živočíchom) prežiť a rásť.

Podľa tohto zákona je celá sieť pórov existujúca na rôznych úrovniach v takých biologických systémoch prepojená spôsobom, ktorý uľahčuje prenos tekutín a minimalizuje rezistenciu v celej sieti. Platí to pre listy, aj pre schránky hmyzu.

ZDROJ | Nature

Tím vedený profesorom Bao-Lian Su.om vytvoril syntetický trojvrstvový „Murray materiál“ a o výskume informoval v magazíne Nature Communications.

Používa oxid zinočnatý (ZnO) vo forme nanočastíc, ktoré tvoria hlavný stavebný kameň ich Murray materiálu. Nanočastice obsahujúce malé póry v nich tvoria najnižšiu úroveň poréznej siete. Metódou odparovania častíc ZnO vrstvu po vrstve vedci vytvorili druhý stupeň poréznych sietí.

Pozrite si94-ročný vynálezca Li-ion batérií pomáha vytvoriť lepší svet

V priebehu odparovania častice tiež tvorili väčšie póry v dôsledku vyparovania rozpúšťadla, čo predstavuje najvyššiu, tretiu úroveň pórov. Tím úspešne vyrobil tieto porézne štruktúry s presným priemerom potrebným pre dodržanie Murrayovho zákona. To umožňuje efektívny prenos materiálu cez viacúrovňovú sieť pórov.

Oxid zinočnatý síce nepatrí k exotickým materiálom, ale výroba nanočastíc z neho nie je pravdepodobne zrelá na hromadnú výrobu.

Nová technológia je prísľubom zlepšení vo viacerých technologických oblastiach. Kým si však užijeme s takto zdokonalenými batériami, alebo detektormi plynov, nejaký čas ešte uplynie.

ZdrojEurekAlert!

Komentáre k článku