Bateria z kawałka drewna

drewniana_bateria

Bateria z drewna. Bynajmniej nie jest to żart. A cienki skrawek drewna pokryty cyną może stać się małą, wydajną, przyjazną środowisku baterią o bardzo dużej żywotności.

Brzmi zachęcająco, jednak nie należy tego próbować w domu, głównie ze względu na rozmiary podzespołów co staje się niewykonalne w domowym zaciszu. Albowiem elementy składowe baterii testowane przez naukowców z University of Maryland, są tysiące razy cieńsze od kartki papieru.

Zastosowanie sodu zamiast litu, stosowanego dotychczas w tradycyjnych bateriach wielokrotnego użytku, czyni baterię przyjazną środowisku naturalnemu. Sód nie przechowuje energii tak efektywnie jak lit, dlatego nie będzie nam dane używać „drewnianych” baterii w smartfonach, jednakże niski koszt oraz powszechne i proste materiały tworzą idealny magazyn ogromnych ilości np. energii słonecznej z farm fotowoltaicznych.

Obecnie produkowane baterie są wykonywane na sztywnym podłożu, dlatego też wykazują znaczną kruchość oraz niską wytrzymałość przeciwko rozszerzaniu i kurczeniu się zmagazynowanego elektrolitu podczas jego ładowania i rozładowywania. Liangbing Hu oraz Teng Li wraz z zespołem badaczy, stwierdzili że włókna drewna są wystarczająco elastyczne aby umożliwić baterii sodowo-jonowej znacznie więcej niż 400 cyklów ładowania, co umiejscawia je pośród nanobaterii o największej żywotności.

„Inspiracja do naszego pomysłu przyszła dosłownie z drzew” powiedział Hu, adiunkt inżynierii materiałowej. „Włókna drzewne, stanowiące budulec drzew zawierają bogatą w minerały wodę, dlatego idealnie nadają się do magazynowania ciekłego elektrolitu co tworzy z nich nie tylko element bazowy ale również aktywną część baterii.”

Główny autor pomysłu Hongli Zhu oraz inni członkowie zespołu zaobserwowali że po ładowaniu i rozładowaniu baterii setki razy, drewno nieco się pomarszczyło ale wymiary pozostały nienaruszone, co w przypadku baterii litowo-jonowych objawia się ich puchnięciem. Modelowanie komputerowe pozwoliło stwierdzić iż powstałe pomarszczenia tworzą się w wyniku efektywnej relaksacji naprężeń powstałych w baterii podczas ładowania i rozładowywania co sprawia że może ona przetrwać znaczną ilość takich cykli.

„Popychane przez cynowe anody, jony sodu osłabiają połączenie cyny z materiałem podłoża” – powiedział Li, adiunkt inżynierii mechanicznej. „Ale włókna drzewne są na tyle miękkie aby służyć jako mechaniczny zderzak”.
I właśnie to zjawisko jest kluczem do baterii sodowo-jonowych o bardzo dużej żywotności.

Źródło:
[1] Hongli Zhu, Zheng Jia, Yuchen Chen, Nicholas Weadock, Jiayu Wan, Oeyvind Vaaland, Xiaogang Han, Teng Li, Liangbing Hu. Tin Anode for Sodium-Ion Batteries Using Natural Wood Fiber as a Mechanical Buffer and Electrolyte Reservoir. Nano Letters, 2013
[2] http://pubs.acs.org/doi/suppl/10.1021/nl400998t/suppl_file/nl400998t_si_001.pdf | 26.07.2013
[3] Sustenuto Monochord by Jon dickinson – Brian Eno Speaker Flowers Sound Installation at Marlborough House by Dominic Alves, flickr.com, CC BY 2.0