Superkondenzátor menší ako zrnko prachu má podobné napätie ako AAA batéria
- Autor:
- Roman Mališka
- Zverejnené:
- 24. 8. 2021
- Hodnotenie:
- Už ste hlasovali.
Spojením miniaturizovanej elektroniky s výrobou inšpirovanou origami vyvinuli nemeckí vedci to, o čom tvrdia, že je najmenší existujúci mikrosuperkondenzátor. Toto prelomové zariadenie na ukladanie energie, ktoré je menšie ako zrnko prachu, má približne rovnaké napätie ako batéria typu AAA. Je nielen bezpečné na použitie v ľudskom tele, ale v skutočnosti využíva kľúčové zložky krvi na zvýšenie svojho výkonu.
Vedci z Technickej univerzity Chemnitz už nejaký čas pracovali v oblasti takzvaných nano-superkondenzátorov, čo sú konvenčné kondenzátory, no zmenšené na submilimetrovú úroveň. Vývoj týchto typov zariadení je dosť náročný, ale vedci sa snažili vytvoriť taký, ktorý by v ľudskom tele mohol bezpečne fungovať ako nástroj pre napájanie malých senzorov a implantátov, čo si bežne vyžaduje výmenu problematických materiálov a korozívnych elektrolytov za biologicky kompatibilné.
Tieto zariadenia sú známe aj ako biosuperkondenzátory a tie najmenšie, ktoré boli doteraz vyvinuté, sú väčšie ako 3 mm3. No nemeckí vedci urobili veľký skok vpred v tom, aké malé biosuperkondenzátory môžu byť. Ich konštrukcia začína množstvom polymérnych vrstiev, ktoré sú naukladané na sebe spolu s fotoodporovým materiálom citlivým na svetlo, ktorý funguje ako zberač prúdu, separačnou membránou a elektródami vyrobenými z elektricky vodivého biologicky kompatibilného polyméru s názvom PEDOT: PSS.
Tento stoh je položený na tenký povrch plátu, ktorý je vystavený vysokému mechanickému napätiu. To spôsobuje, že sa rôzne vrstvy veľmi kontrolovane oddeľujú a skladajú v štýle origami do nano-biosuperkondenzátoru s objemom len 0,001 mm3, ktorý zaberá menej miesta než zrnko prachu. Tieto rúrkové biosuperkondenzátory sú tak 3 000-krát menšie ako tie, ktoré boli vyvinuté predtým, no s úrovňou výkonu približne rovnakou ako napätie batérie typu AAA, aj keď s oveľa nižšími skutočnými tokmi prúdu.
Tieto miniatúrne zariadenia boli potom umiestnené do fyziologického roztoku, krvnej plazmy a krvi, kde preukázali schopnosť úspešne uchovávať energiu. Biosuperkondenzátor sa ukázal obzvlášť účinný v krvi, kde si po 16 hodinách prevádzky zachoval až 70 percent svojej kapacity. Ďalším dôvodom, prečo môže byť krv vhodným domovom pre nový biosuperkondenzátor je to, že zariadenie pracuje s inherentnými redoxnými enzymatickými reakciami a živými bunkami v roztoku na nabitie vlastných reakcií skladovaného náboja, čím zvyšuje jeho výkon až o 40 percent.
Tím tiež podrobil zariadenie silám, ktoré môže zažívať v cievach, kde kolíše prúd a tlak, jeho umiestnením do mikrofluidických kanálov (niečo na štýl testovania aerodynamiky vo veternom tuneli), kde dobre obstálo. Vedci tiež použili tri zariadenia spojené dohromady, aby úspešne napájali malý pH senzor. Tento senzor by mohol byť umiestnený do ciev, aby meral pH a detegoval abnormality, ktoré by mohli svedčiť o chorobe, ako je napríklad rast nádoru.
Výskum bol publikovaný v magazíne Nature Communications.
