211service.com
Ett salt- och pappersbatteri
Forskare vid Uppsala universitet i Sverige har tillverkat ett flexibelt batteri med två vanliga, billiga ingredienser: cellulosa och salt. Det lätta, uppladdningsbara batteriet använder tunna bitar av papperspressade mattor av trassliga cellulosafibrer – för elektroder, medan en saltlösning fungerar som elektrolyt.
Papperskraft : Ett nytt tunnfilmsbatteri har elektroder gjorda av polymerbelagt papper och en elektrolyt gjord av saltindränkt papper. En laboratorieprototyp visar cellen pressad mellan objektglas och förpackad i en aluminiumpåse.
Det nya batteriet ska vara billigt, lätt att tillverka och miljövänligt, säger ledande forskare Maria strömme . Hon föreslår att det kan användas för att driva billiga medicinska diagnostikenheter eller sensorer på förpackningsmaterial eller inbäddade i tyg. Du behöver ingen avancerad utrustning för att tillverka batterierna, säger Stromme, så de kan tillverkas på plats i utvecklingsländer.
Det nya batteriet använder en typ av uppladdningsbar tunnfilmsdesign som många andra forskare och företag har arbetat med i flera år.
Tunnfilmsbatterier använder vanligtvis fasta elektrolyter istället för flytande eller gel, och deras elektroder är vanligtvis gjorda av litium i kombination med metaller som nickel, kobolt eller mangan. Salt-och-pappersbatteriet är en idealisk ersättning för de litium som används i många bärbara enheter med låg effekt, som trådlösa sensorer, smartkort, medicinska implantat och RFID-taggar. För dessa applikationer, ju tunnare och mindre batteri, desto bättre, säger Sara Bradford, energi- och energikonsult på Frost & Sullivan.
Tunnfilmsbatterier har andra attraktiva egenskaper. De har lång hållbarhet, behåller sin laddning efter att ha lagrats i många år, och de kan laddas och laddas ur tiotusentals gånger, säger Raghu Das, vd för forskningsföretaget IDTechEX och expert på tryckt elektronik, vilket möjliggör trådlösa sensorer som kan hålla i årtionden med en lämplig energiskördare kopplad.
Dock bara en handfull startups, som t.ex Oändliga kraftlösningar i Littleton, CO och Solicore i Lakeland, FL, har genererat tillräckligt med riskstöd för att få ut sina batterier på marknaden. Cymbet i Elk River, MN, och Excellatron i Atlanta, GA, är andra starka utmanare med marknadsklar teknologi. Mer än fyra miljoner tunnfilmsbatterier kommer att levereras i år, enligt en maj 2009 Rapportera av marknadsundersökningsföretaget NanoMarkets.
Det nya pappersbatteriet, beskrivet i en tidning publicerad online i tidskriften Nanobokstäver , har lite att ta igen. Litiumbatterier kan leverera 4 volt och har energitätheter på 200 till 300 milliwattimmar per gram. Som jämförelse levererar en enda pappersbattericell 1 volt och kan lagra upp till 25 milliwattimmar energi per gram. När den tillhandahåller maximal ström, förlorar den 6 procent av sin lagringskapacitet efter 100 laddningscykler. Stromme säger dock att hennes team redan har kört batteriet i 1 000 laddningscykler med lägre ström. Hon påpekar också att det här är siffror från en initial laboratorieprototyp.
Forskarna arbetar nu med att optimera batteriet. Så småningom kommer spänningen att ökas om flera celler staplas ihop och seriekopplas. Under tiden, beroende på applikationen, säger hon, kan vi justera storleken och strömmen vi drar för att uppfylla dessa krav.
Pappersbatteriet kan dessutom laddas upp mycket snabbare än ett litiumbatteri. Cellulosan som Stromme och hennes kollegor använder kommer från en typ av förorenande alger som finns i hav och sjöar. Även om algernas cellväggar innehåller cellulosa har den en helt annan nanostruktur, vilket ger den 100 gånger ytan. Forskarna belägger papperet som är tillverkat av denna cellulosa med en ledande polymer och lägger sedan ett filterpapper som blötläggs med saltlösning mellan papperselektroderna.
Klorjoner flödar från den positiva elektroden till den negativa, medan elektroner färdas genom den externa kretsen och tillhandahåller ström. Papperselektroden lagrar laddning medan den laddas på tiotals sekunder eftersom joner strömmar genom den tunna elektroden snabbt. Däremot tar litiumbatterier 20 minuter att ladda. Kombinationen av stor kapacitet och liten laddningstid är väldigt unik, säger Stromme.
Bradford säger att det nya pappersbatteriet befinner sig i ett relativt tidigt forskningsstadium jämfört med andra tunnfilmsteknologier. För att ett batteri ska lyckas måste du ha en bra kostnads- och tillverkningsprocess på plats, men prestanda är nyckelaspekten, säger hon. Om det inte är en flera graders förbättring av befintlig teknik, är det mycket svårt att göra batteriet lönsamt.
Stromme är samtidigt övertygad om att den miljövänliga designen kommer att hitta nischade tillämpningar. Hon säger att den skulle kunna produceras kommersiellt inom tre år.