Baterie ve spreji

Představte si půllitr, který přes noc strčíte do nabíječky a když do něj druhý den nalijete pivo, zůstane stále vychlazené na správnou teplotu a nikdy nezteplá. Kam by se asi strkala baterie, která by jeho integrovaný chladič poháněla, a jak by si poradila s mytím v myčce? Mohla by být na půllitr nasprejovaná. Stříkané baterie by se již brzy mohly stát realitou díky vynálezu vědců z texaské Riceovy univerzity.

Baterie na dlaždičce

Stříkanou baterii vyvinuli v laboratoři profesora Pulickela Ajayana pod vedením Neelam Singhové. Baterii tvoří několik vrstev speciálních laků nastříkaných přes sebe. Vědci nanesli baterii na sklo, koupelnové dlaždičky, ohebný polymer i pivní půllitr. Jejich výtvor má výborné parametry srovnatelné s klasickým válečkem Li‑ion baterie, dodává napětí 2,4 V a zvládne absolvovat šedesát cyklů nabití‑vybití jen s minimálním poklesem kapacity. Baterie nastříkané na devět koupelnových dlaždiček spojené paralelně zvládly na šest hodin rozsvítit nápis RICE vytvořený z LED.

Ještě tenčí přístroje

Baterie se skládá z pěti vrstev – proudové sběrnice, katody, polymerového separátoru, anody a druhé sběrnice proudu. Aby vše mohlo fungovat, po nástřiku se separátor nasytí elektrolytem a baterie se nakonec zalaminuje.

Vynález sprejované baterie by mohl změnit podobu všech přístrojů, které vyžadují baterie. Mohly by být ještě lehčí, tenčí a mít takový tvar, jaký by si přáli designéři a který by se nemusel ohlížet na standardizované rozměry běžné baterie. Technologie nástřiků je navíc průmyslu dobře známá, takže zakomponovat tvorbu sprejované baterie do výrobního procesu vpodstatě čehokoliv by bylo velmi snadné.

Stříkané solární články

Baterie není jediná věc, která se vyvíjí ve stříkané podobě. Nanomateriálový chemik Brian Korgel z Texaské Univerzity v Austinu zkouší vytvořit stříkané solární články. Jeho sprej obsahuje nanokrystaly CIGS – mědi, india, galia a selenu. Na libovolný podklad se nastříká vodivá vrstva, na ni směs CIGS, druhá vodivá vrstva a solární článek je hotov. Postřik je možno aplikovat na sklo, střešní tašky i na látku, má ale jednu zásadní vadu – jeho účinnost je velmi malá, cca 3 procenta. Protože indium a další prvky rozhodně nejsou běžně dostupné a jejich získávání je energeticky náročné (o šetrnosti k životnímu prostředí ani nemluvě), přemýšlí Korgel o stříkaných solárních článcích z jiných prvků, třeba křemíku. Ale i jeho získávání je zatím energeticky náročné, takže by musel vyvinout nástřik s opravdu velkou účinností přeměny světla na elektřinu, aby se jeho stříkané solární články vyplatily. Ovšem kdyby se mu to povedlo, mohli byste takový článek nastříkat vedle baterie na váš oblíbený chladící půllitr a dobíjet ho stáním na sluníčku.

Jak si nastříkat baterii

Nasprejovat si doma baterii zatím nemůžete. Ne všechny komponenty totiž koupíte v drogerii a vědci z Riceovy univerzity strávili dlouhý čas experimentováním, než přišli na látky, které by se dobře aplikovaly, držely jedna na druhé i na libovolném podkladu, a zároveň měly požadované vlastnosti. Ale pokud byste se o to přesto chtěli pokusit, zde je návod:

• Katodová sběrnice proudu – zahřejte nevodivý podklad na 120°C a nastříkejte na něj uhlíkové nanotrubičky (SWNT – single wall nano tube). V případě klasické Li‑ion baterie je tato vrstva hliníková, ale nástřik hliníkem by byl nebezpečný, protože hliníkový prášek může utvořit výbušný aerosol.


• Katoda – pokračujte nástřikem LCO (lithium kobalt oxid).


• Polymerový separátor – vrstvy nechte zaschnout, pak své dílo zahřejte na 105°C a opatrně naneste několik vrstev polymeru. Ten získáte smícháním Kynarflexu, PMMA (polymethyl methacrylate), a nanočástic oxidu křemíku (fumed silica) v poměru 27:9:4. Získanou směs rozpustíte ve směsi acetonu a N,N‑Dimethylformamidu (připravené v poměru 8:1) a můžete sprejovat. Přijít na vhodnou kombinaci, která by dobře přilnula k podkladu a zároveň zaručila tu správnou porozitu, nebylo vůbec jednoduché.


• Anoda – jakmile vám polymerová vrstva zaschne, zahřejte svou vznikající baterii na 95°C a naneste LTO (lithium titan oxid).


• Anodová sběrnice proudu – poslední vrstva už je jednoduchá, je to běžně dostupná vodivá měděná barva.

Po zaschnutí všech vrstev je ještě třeba baterii ponořit do elektrolytu, který se vsákne do polymerové vrstvy. Výslednou baterii zalaminujte do vrstvy PE‑Al‑PET (polyethylene‑aluminum‑polyethylene terephthalate) a máte hotovo!

Weby:

http://news.rice.edu/2012/06/28/rice‑researchers‑develop‑paintable‑battery‑2
http://www.nsf.gov/news/special_reports/science_nation/sprayonsolar.jsp