Практически вся портативная электроника питается от аккумуляторов или батареек, которые «отъедают» солидную часть полезного объема и утяжеляют устройства. Топливные элементы и солнечные батареи, рассматриваемые, как варианты решения этой проблемы, пока не вышли на тот этап, когда они могли бы составить реальную конкуренцию традиционным источникам питания. По мнению исследователей, углеродные нанотрубки, в конечном счете, могут стать основой компактных и гибких батарей и «сверхконденсаторов» (источников питания, способных отдать энергию одним мощным импульсом).
Одним из препятствий, стоящих на пути создания гибких батарей, является необходимость формирования слоистой структуры. В первом приближении источник питания состоит из слоев электродов; слоев, удерживающих заряд; и слоя изолятора между ними. Такая структура с трудом сохраняет гибкость.
Однако ученым из Rensselaer Polytechnic Institute и MIT удалось создать новый материал, который устраняет необходимость в многослойной структуре. Они «вырастили» углеродные нанотрубки и заполнили полости между ними целлюлозой – материалом, из которого, в большой степени, состоит бумага. Большое количество целлюлозы – около 90% - придает материалу сходство с бумагой, а его черный цвет объясняется наличием углеродных нанотрубок.
Сложив два листа «бумаги» и пропитав их электролитом, ученые получили уникальный источник питания. Поскольку электролит не содержит воды, источник сохраняет работоспособность в широком диапазоне температур. Он может одновременно быть батареей и «сверхконденсатором» - обычно это два принципиально разных изделия. Источник питания можно сворачивать, складывать и разрезать на произвольные части без потери работоспособности. «Бумажные батареи», как и обычные, можно соединять, наращивая их мощность. Поскольку листы очень гибкие, им можно придать сложную форму и заполнить ими свободный объем в портативном электронном устройстве. Как утверждается, малый вес батареи делает ее хорошим кандидатом на использование в транспортных средствах.
Поскольку в источнике питания отсутствуют токсичные вещества, его можно использовать в имплантантах. Кроме того, батарея разлагается биологическим способом, так что является экологически чистым продуктом.
Даже на стадии прототипа, разработка оказалась вполне работоспособной – энергии «листа бумаги» хватает для питания небольшого вентилятора.
Что касается техпроцесса выпуска «бумажных батарей», он, по мнению ученых, может быть похож на процесс, используемый в печатных машинах – условно говоря, батареи будут выпускаться рулонами.
Сроки коммерциализации разработки не названы, пока речь идет о поиске путей увеличения энергоемкости и разработке технологии массового выпуска. Подана заявка на патент.
Источник: Rensselaer Polytechnic Institute