211service.com
Een batterij van zout en papier
Onderzoekers van de Universiteit van Uppsala in Zweden hebben een flexibele batterij gemaakt met behulp van twee veel voorkomende, goedkope ingrediënten: cellulose en zout. De lichtgewicht, oplaadbare batterij gebruikt dunne stukjes met papier geperste matten van verwarde cellulosevezels voor elektroden, terwijl een zoutoplossing als elektrolyt fungeert.
Papierstroom : Een nieuwe dunne-filmbatterij heeft elektroden van met polymeer gecoat papier en een elektrolyt van in zout gedrenkt papier. Een laboratoriumprototype toont de cel geperst tussen glasplaatjes en verpakt in een aluminium zakje.
De nieuwe batterij moet goedkoop, gemakkelijk te produceren en milieuvriendelijk zijn, zegt hoofdonderzoeker Maria Stomme . Ze suggereert dat het kan worden gebruikt voor het aandrijven van goedkope medische diagnostische apparaten of sensoren op verpakkingsmaterialen of ingebed in stof. Je hebt geen geavanceerde apparatuur nodig om de batterijen te maken, zegt Stromme, dus ze zouden ter plaatse in ontwikkelingslanden kunnen worden gemaakt.
De nieuwe batterij maakt gebruik van een soort oplaadbaar dunne-filmontwerp waar veel andere onderzoekers en bedrijven al jaren aan werken.
Dunne-filmbatterijen gebruiken meestal vaste elektrolyten in plaats van vloeistof of gel, en hun elektroden zijn meestal gemaakt van lithium in combinatie met metalen zoals nikkel, kobalt of mangaan. De zout-en-papierbatterij is een ideale vervanging voor de lithiumbatterijen die worden gebruikt in veel draagbare apparaten met een laag vermogen, zoals draadloze sensoren, smartcards, medische implantaten en RFID-tags. Voor deze toepassingen geldt: hoe dunner en kleiner de batterij, hoe beter, zegt Sara Bradford, een energie- en energieconsulent bij Frost & Sullivan.
Dunne-filmbatterijen hebben nog andere aantrekkelijke eigenschappen. Ze hebben een lange houdbaarheid, behouden hun lading nadat ze vele jaren zijn opgeslagen, en ze kunnen tienduizenden keren worden opgeladen en ontladen, zegt Raghu Das, CEO van onderzoeksbedrijf IDTechEX en een expert op het gebied van gedrukte elektronica, waardoor draadloze sensoren mogelijk zijn die kan tientallen jaren meegaan met een geschikte energieoogstmachine eraan bevestigd.
Slechts een handvol startups, zoals Oneindige stroomoplossingen in Littleton, CO, en Solicore in Lakeland, FL, hebben voldoende durfkapitaal gegenereerd om hun batterijen op de markt te brengen. Cymbet in Elk River, MN, and Excellatron in Atlanta, GA, zijn andere sterke concurrenten met marktklare technologieën. Meer dan vier miljoen dunnefilmbatterijen zullen dit jaar worden verzonden, volgens een mei 2009 verslag doen van door marktonderzoeksbureau NanoMarkets.
De nieuwe papieren batterij, beschreven in een artikel dat online in het tijdschrift is gepubliceerd Nano-letters , heeft wat in te halen. Lithiumbatterijen kunnen 4 volt leveren en hebben een energiedichtheid van 200 tot 300 milliwattuur per gram. Ter vergelijking: een enkele papieren batterijcel levert 1 volt en kan tot 25 milliwattuur energie per gram opslaan. Bij het leveren van maximale stroom verliest het 6 procent van zijn opslagcapaciteit na 100 oplaadcycli. Stromme zegt echter dat haar team de batterij al 1.000 oplaadcycli met een lagere stroomsterkte heeft gebruikt. Ze wijst er ook op dat dit cijfers zijn van een eerste laboratoriumprototype.
De onderzoekers werken nu aan het optimaliseren van de batterij. Uiteindelijk zal het voltage verhogen door meerdere cellen op elkaar te stapelen en ze in serie te verbinden. Ondertussen kunnen we, afhankelijk van de toepassing, de grootte en de stroom die we trekken afstemmen om aan die vereisten te voldoen, zegt ze.
De papierbatterij kan bovendien veel sneller worden opgeladen dan een lithiumbatterij. De cellulose die Stromme en haar collega's gebruiken, is afkomstig van een soort vervuilende algen die in zeeën en meren voorkomen. Hoewel de celwanden van de algen cellulose bevatten, heeft het een heel andere nanostructuur, waardoor het 100 keer het oppervlak heeft. De onderzoekers bekleden het papier gemaakt van deze cellulose met een geleidend polymeer en plaatsen vervolgens een met zoutoplossing gedrenkt filterpapier tussen de papierelektroden.
Chloorionen stromen van de positieve elektrode naar de negatieve, terwijl elektronen door het externe circuit reizen en stroom leveren. De papieren elektrode slaat lading op tijdens het opladen in tientallen seconden omdat ionen snel door de dunne elektrode stromen. Lithiumbatterijen daarentegen hebben 20 minuten nodig om op te laden. De combinatie van grote capaciteit en kleine oplaadtijd is heel uniek, zegt Stromme.
Bradford zegt dat de nieuwe papierbatterij zich in een relatief vroeg onderzoeksstadium bevindt in vergelijking met andere dunnefilmtechnologieën. Om een batterij te laten slagen, moet je een goed kosten- en productieproces hebben, maar prestaties zijn het belangrijkste aspect, zegt ze. Als het geen verbetering van enkele graden is ten opzichte van bestaande technologie, is het erg moeilijk om de batterij winstgevend te maken.
Stromme is er ondertussen van overtuigd dat het milieuvriendelijke ontwerp nichetoepassingen zal vinden. Ze zegt dat het binnen drie jaar commercieel geproduceerd kan worden.