Самосклапајуће батерије

Мајушне самосклапајуће батерије на пуњење осмишљене су и направљене у Масачусетском институту за технологију (САД). Испољавају одлике литијум-јонских, иако су микроскопске величине. Састављене су, наиме, од микрочестица и наночестица (од хиљадитог до милионитог делића милиметра).

Када се ова сићушна зрнца, од којих се образују електроде и електролити, доведу у везу, опонашају батерије. С својим сарадницима их је одабрао професор Јет Минг Чијанг, имајући на уму да силе кратког домета упрегне у напајање. Како је ово остварено?

Под електронским микроскопом који приказује атоме проверавана су својства различитих материјала, водећи рачуна да се усагласе привлачна и одбојна сила. Судећи према сличности, једни су се скупљали на једној, други на другој страни. Тако су се образовале две супротне електроде – једна позитивног, друга негативног (електричног) набоја. Другим речима, два различита пола (или краја) будуће батерије.

Појединачни атоми

Појава названа самоорганизовање (или самосклапање) веома је пожељна зато што олакшава надгледање појединачних атома приликом израде делова, омогућује употребу материјала који нису искористиви у уобичајеним поступцима и смањује знатно трошкове производње. Зато је примењена код прегршт материјала и састојака, укључујући батерије.

Коначни циљ јесте да се убаци мноштво разноврсних материјала у посуду и да се на крају појави – батерија.

Научници су, наравно, суочени с бројним изазовима у смишљању начина самообликовања. Најпре морају да обрате пажњу на електрохемијске особине материјала који ће пропуштати (или заустављати) струју у електродама. Затим да подесе да се невидљиви делићи тако поређају да привлаче једни друге и да пропуштају електроне. И на крају, две електроде морају да одбијају једна другу – зато што су супротног наелектрисања – што представља највеће искушење у атомским сразмерама.

Заснивајући своје замисли на новом разумевању краткодометних сила, Јет Минг Чијанг и сарадници су одабрали материјале који су на веома малом растојању – неколико десетина нанометара (милионити делић милиметра) – на својој површини испољили јаче одбијање од привлачења. Исход тога је стално празан простор између две електроде.

У овом подухвату коришћени су литијум-кобалтов оксид и малецна зрнца угљеника (графит) за електроде – материјал који се највећма уграђује у литијум-јонске батерије – и пажљиво их упарили са течним електролитом. У овом случају електролит игра улогу раздвајача (изолатор) допуштајући јонима да крстаре између електрода и присиљавајући их да јурцају спољашњим колом, у којем су послужили за напајање.

Угљеникове перлице

Израђена је претеча овакве батерије: угљеникове перлице су сабијене да опонашају једну електроду и повезане су с платинским сакупљачем (колектор) струје, а издвојено је од честица литијум-кобалтовог оксида начињена друга. И ма колико су је пута проверавали, увек се пунила и празнила.

Још није сасвим јасно какве ће справе напајати овакве батерије. Данашње електроде се праве од материјала изложених великом притиску да би се обезбедило да сакупе што више енергије. Самосклапајуће, међутим, не би смеле да се подвргну толиким притисцима, због чега не би биле у предности – ни у моћи складиштења, а ни у цени – над постојећим. Поврх тога ваљало би осмислити како да се безбедно упакују.

Али, већ данас је очигледно да ће се утискивати у малецне направе, попут пиринчаног зрна и мање. Понајвише на местима (простору) на која није могуће сместити садашње. Један од начина јесте да се споља нанесу на свакојаке справе, за шта су погодни војни сензори. Зато је следећи задатак истраживача да течне електролите надоместе полимерским да би очврснули извор напајања.

Свежа сазнања у вези са краткодометним силама искористиће се, иначе, за уобличавање другачијих материјала за транзисторе и поједине соларне ћелије.