Az elektromos angolna szerve kiváló természetes példa mérgező anyagoktól mentes energiaforrás létrehozására. Sikerült is megoldani – nagy teljesítménysűrűséggel.
A biológiai szövetekben vagy azok közelében használt energiaforrásoknál egyszerre számít a rugalmasság, a nem mérgező összetétel és a nagy teljesítmény. Ezért merítettek inspirációt a Penn State Egyetem kutatói az elektromos angolna keltette áramütések működéséből, majd hoztak létre egy olyan hidrogélalapú akkumulátor koncepcióját és prototípusát, amely megfelel ezeknek az elvárásoknak.
A csapat többféle hidrogélt rétegezett egymásra – meghatározott mintázatban –, hogy leutánozza az elektromos angolna szervezetében elektromos kisülések során zajló ionos folyamatokat.
Az így készült energiaforrások nagyobb teljesítménysűrűséget érnek el, mint a korábbi hidrogélalapú megoldások, miközben rugalmasak, külső alátámasztás nélkül működnek, környezeti szempontból stabilak és biológiailag kompatibilisek maradnak – állítja az amerikai egyetem közleménye és az Advanced Science-ben közölt tanulmány.
Joseph Najem, a gépészmérnöki tanszék adjunktusa és a tanulmány levelező szerzője elárulta, hogy bár a kutatók korábban is inspirálódtak az elektromos halak biológiájából, amikor lágy energiaforrások fejlesztésével próbálkoztak, ám az így alkotott megoldások csak korlátozott teljesítményt adtak le, miközben mechanikai hátteret igényeltek. Ebből okulva módosították az anyag kémiáját, hogy nagyon vékony hidrogéleket hozzon létre, amelyek önmagukban is nagyobb teljesítményt biztosítanak.
„Az elektromos angolna elektrocitái rendkívül vékony biológiai sejtek, amelyek rövid idő alatt több mint 600 volt feszültséget képesek előállítani, és nagyon nagy teljesítménysűrűséget érnek el, vagyis kis térfogatból tudnak sok energiát kinyerni” – magyarázta a tudós.
A kutatók kizárólag hidrogélt használtak az energiaforrás felépítéséhez, hogy az akkumulátor rugalmas és mérgező hatásoktól mentes maradjon, még a teljesítmény növelése mellett is. Utóbbi a biomedikai és a biológiai környezethez közeli alkalmazásoknál fontos: az energiaforrás kompatibilis kell legyen a környezetével, biztonságosan kell működjön, és lehetőség szerint el kell érni, hogy a rendelkezésére álló erőforrásokat használja az újratöltésre.
A csapat ún. „spin coating” eljárást alkalmazott, amely forgó felületre visz fel ultravékony anyagrétegeket. Ezzel négy különböző hidrogélkeveréket rétegeztek, mindegyiket mindössze 20 mikrométer vastagságban, ami az emberi hajszál töredéke. Ez a vékony geometria csökkenti a belső ellenállást, ami elengedhetetlen a nagy teljesítményhez, miközben megőrzi a mechanikai szilárdságot és a rugalmasságot.
„Tudomásunk szerint ez az első olyan energiaforrás, amely teljes egészében hidrogéloldatban helyezkedik el, és nem igényel külső alátámasztást” – mutatott rá Najem.
A kutatók Najem laboratóriumának és az Anyagkutató Intézetnek a műszereit használták elektrokémiai mérésekhez, többek között a kisülési sebesség, a teljesítménysűrűség és a vezetőképességi potenciál vizsgálatára. Az új energiaforrások körülbelül 44 kW/m³ teljesítménysűrűséget mutattak, ami magasabb a korábban közölt hidrogélalapú megoldásokénál, és alkalmas összetett eszközök, például beültetett orvosi szenzorok, lágy robotikai vezérlők és viselhető elektronikai eszközök működtetésére.
A csapat elárulta, hogy a további munka a teljesítménysűrűség és az újratöltési hatékonyság növelésére, valamint az önfeltöltő képességek vizsgálatára összpontosít.
Címlapkép: Steven G. Johnson / Wikipedia
Letették a Becton Dickinson környei sterilizáló üzemének alapkövét; a 42,2 milliós beruházás 25 magas hozzáadott értékű munkahelyet teremt.
Az első betonöntéssel a Paks II atomerőmű a Nemzetközi Atomenergia-ügynökség besorolása alapján „épülő atomerőműnek” minősül.