Igazi kis túlélőnek bizonyult egy új nyújtható, öngyógyító hidrogél-akkumulátor. Borotvával vághatták, ide-oda csavarhatták, nyújthatták, mégsem adta fel. Persze ez érthető, hiszen a fejlesztői, a Kaliforniai Egyetem kutatói a túlélésre tervezték.
A mai lítium-ion akkumulátorok ott vannak a mindennapokban, azonban közismerten törékenyek, és potenciálisan veszélyesek is. Szerves, folyékony elektrolitjaik, amelyek töltött lítium-ionokat szállítanak az elektródák között, gyúlékonyak és mérgezők. A szivárgások és a víz által okozott károk elkerülése érdekében a gyártók merev, vízhatlan fémbe burkolják őket, ami
jó a telefonokhoz és az autókhoz, annál kevésbé a viselhető eszközökhöz és a puha robotokhoz.
E kihívások kezelésére a szakemberek megpróbáltak vízbázisú hidrogéleket használni biztonságosabb, rugalmasabb elektrolitként. Azonban ez sem jelentette az igazi megoldást, ugyanis alacsony feszültségen a víz lebomlik, ami korlátozza az ilyesfajta akkumulátorok biztonságosan leadható teljesítményét. A következő lépést a fluorozott lítiumsók bevetése jelentette, azonban ezek az anyagok maguk is drágák, és még mindig mérgezőek.
Éppen ezért az amerikai kutatók mással próbálkoztak. A leírása szerint a csapat megalkotta az úgynevezett „vízhiányos ikerionos hidrogélt” (WZH). A lítium-ionokat nem a szabad vízmolekulák stabilizálják, hanem a gél gerincének gondosan hangolt kémiája: kvaterner ammónium- és szulfonsav-csoportok keveréke, amelyek vonzzák és befogják a lítiumionokat, miközben elég szorosan megkötik a vizet. E speciális hidrogél víztartalma mindössze 19 százalék, ami elég alacsony ahhoz, hogy megakadályozza a nem kívánt reakciókat, ugyanakkor elég magas ahhoz, hogy az ionok szabadon áramolhassanak. Egy ilyen akkumulátornál nincs szükség merev csomagolásra, és mivel flourmentes lítium-sót használnak vízbázisú oldatban, csökken a toxicitás és a tűzveszély is. Összességében az akku alkalmas lehet viselhető elektronikába és más rugalmas eszközökbe való beépítésre.
A teszteléshez a kutatók lítium-ion akkumulátorokat készítettek rugalmas, hullámos elektródákkal és WZH hidrogéllel. Azután következett a „tortúra”. Csavarták, hajlították és eredeti hosszuk 50 százalékáig nyújtották az akkukat. Kalapáccsal ütötték, tűkkel szurkálták, sőt kettévágták őket. Az egyik teszt során az akkumulátor még azután is táplálta a LED-et, amikor ötször szúrták ki egymás után.
Sciences Advances
Minden sérülés után pihenni hagyták az akkut, ami perceken belül újra összevarrta magát. Tíz vágási és gyógyítási ciklus kevesebb, mint 10 százalékos ellenállás-változást eredményezett. Ez az öngyógyító képesség a gél molekuláris felépítésének köszönhető. A „gerincében” ugyanis nemcsak ionbefogó csoportok, hanem hidrogénkötés donorok és akceptorok is vannak, amelyek sérülés után újra összepattannak. Ezek a dinamikus kötések lehetővé teszik, hogy az anyag újra összeálljon, akárcsak az élő szövet.
Azt a kutatók sem tagadják, hogy az akkumulátor energiasűrűsége csak mintegy a tizede a piacon lévő lítium-ion akkumulátorokénak, tehát van még tennivalójuk. Arra számítanak, hogy az elektródák szerkezetének, a nagy kapacitású elektródáknak és az elektrolit optimalizálása tovább javíthatja majd az energiasűrűségét.
Azonban addig is elképzelhető hasznos alkalmazás. „A mai okosórák akkumulátorról működnek, de az óra szíja csak a mechanikai funkciót lát el” – mondja Liwei Lin, a Science Advances folyóiratban megjelent tanulmány vezető szerzője, hozzátéve, hogy ha kicserélik az óraszíjat egy ilyen újfajta akkumulátorra, akkor elképzelhető, hogy akár elég lesz hetente egyszer tölteni az eszközt.
A kutatók most azt vizsgálják, hogyan lehet növelni az akkumulátor kapacitását 3D porózus elektródák és új katódanyagok segítségével. Azzal is foglalkoznak, hogy a technológia hogyan működhet más akkumulátormegoldásokban, beleértve a cink- vagy kénalapú konstrukciókat is.
Ha máskor is tudni szeretne hasonló dolgokról, lájkolja a HVG Tech rovatának Facebook-oldalát.
