Samosklapajuće baterije
Sastavljene su od čestica sitnijih veličine hiljaditog i milionitog delića milimetra


Majušne samosklapajuće baterije na punjenje osmišljene su i napravljene u Masačusetskom institutu za tehnologiju (SAD). Ispoljavaju odlike litijum-jonskih, iako su mikroskopske veličine. Sastavljene su, naime, od mikročestica i nanočestica (od hiljaditog do milionitog delića milimetra).

Kada se ova sićušna zrnca, od kojih se obrazuju elektrode i elektroliti, dovedu u vezu, oponašaju baterije. S svojim saradnicima ih je odabrao profesor Jet Ming Čijang, imajući na umu da sile kratkog dometa upregne u napajanje. Kako je ovo ostvareno?

Pod elektronskim mikroskopom koji prikazuje atome proveravana su svojstva različitih materijala, vodeći računa da se usaglase privlačna i odbojna sila. Sudeći prema sličnosti, jedni su se skupljali na jednoj, drugi na drugoj strani. Tako su se obrazovale dve suprotne elektrode – jedna pozitivnog, druga negativnog (električnog) naboja. Drugim rečima, dva različita pola (ili kraja) buduće baterije.

Pojedinačni atomi

Pojava nazvana samoorganizovanje (ili samosklapanje) veoma je poželjna zato što olakšava nadgledanje pojedinačnih atoma prilikom izrade delova, omogućuje upotrebu materijala koji nisu iskoristivi u uobičajenim postupcima i smanjuje znatno troškove proizvodnje. Zato je primenjena kod pregršt materijala i sastojaka, uključujući baterije.

Konačni cilj jeste da se ubaci mnoštvo raznovrsnih materijala u posudu i da se na kraju pojavi – baterija.

Naučnici su, naravno, suočeni s brojnim izazovima u smišljanju načina samooblikovanja. Najpre moraju da obrate pažnju na elektrohemijske osobine materijala koji će propuštati (ili zaustavljati) struju u elektrodama. Zatim da podese da se nevidljivi delići tako poređaju da privlače jedni druge i da propuštaju elektrone. I na kraju, dve elektrode moraju da odbijaju jedna drugu – zato što su suprotnog naelektrisanja – što predstavlja najveće iskušenje u atomskim srazmerama.

Zasnivajući svoje zamisli na novom razumevanju kratkodometnih sila, Jet Ming Čijang i saradnici su odabrali materijale koji su na veoma malom rastojanju – nekoliko desetina nanometara (milioniti delić milimetra) – na svojoj površini ispoljili jače odbijanje od privlačenja. Ishod toga je stalno prazan prostor između dve elektrode.

U ovom poduhvatu korišćeni su litijum-kobaltov oksid i malecna zrnca ugljenika (grafit) za elektrode – materijal koji se najvećma ugrađuje u litijum-jonske baterije – i pažljivo ih uparili sa tečnim elektrolitom. U ovom slučaju elektrolit igra ulogu razdvajača (izolator) dopuštajući jonima da krstare između elektroda i prisiljavajući ih da jurcaju spoljašnjim kolom, u kojem su poslužili za napajanje.

Ugljenikove perlice

Izrađena je preteča ovakve baterije: ugljenikove perlice su sabijene da oponašaju jednu elektrodu i povezane su s platinskim sakupljačem (kolektor) struje, a izdvojeno je od čestica litijum-kobaltovog oksida načinjena druga. I ma koliko su je puta proveravali, uvek se punila i praznila.

Još nije sasvim jasno kakve će sprave napajati ovakve baterije. Današnje elektrode se prave od materijala izloženih velikom pritisku da bi se obezbedilo da sakupe što više energije. Samosklapajuće, međutim, ne bi smele da se podvrgnu tolikim pritiscima, zbog čega ne bi bile u prednosti – ni u moći skladištenja, a ni u ceni – nad postojećim. Povrh toga valjalo bi osmisliti kako da se bezbedno upakuju.

Ali, već danas je očigledno da će se utiskivati u malecne naprave, poput pirinčanog zrna i manje. Ponajviše na mestima (prostoru) na koja nije moguće smestiti sadašnje. Jedan od načina jeste da se spolja nanesu na svakojake sprave, za šta su pogodni vojni senzori. Zato je sledeći zadatak istraživača da tečne elektrolite nadomeste polimerskim da bi očvrsnuli izvor napajanja.

Sveža saznanja u vezi sa kratkodometnim silama iskoristiće se, inače, za uobličavanje drugačijih materijala za tranzistore i pojedine solarne ćelije.

Stanko Stojiljković

Izvor: Politika