;
Кейсы 28 января 2022

Аккумулятор из всего: как хранить энергию в моче, медицинских масках и корнях фасоли

Далее

Ученые не сошли с ума, когда предложили использовать как батарею корни фасоли или медицинские маски — из них получатся гибкие и дешевые аккумуляторы, которые за счет низкой стоимости можно использовать всего один раз. «Хайтек» разбирается, как и зачем ученые делают аккумуляторы из растений, мусора и биологических отходов.

Тренд на экологичность диктует исследователям искать новые решения для хранения зеленой энергии. Аккумуляторы и батареи не должны наносить вред природе, а в лучшем случае еще и помогать очистить ее от загрязнений.

Электролит для аккумулятора из дерева

В современной технике используют литий-ионные аккумуляторы. Они могут неожиданно загореться. Все дело в жидком электролите, который из-за любого урона или дефекта может воспламениться.

Сегодня при производстве электролитов для литиевых батарей используют летучие жидкости: они могут стать причиной пожара при коротком замыкании, а также способствовать образованию дендритов, которые снижают производительность аккумулятора.

Дендриты — это волокна из металлического лития, которые образуются в батареях. Они могут стать причиной замыкания и поломки батареи.

Поэтому исследователи из университетов Брауна и Мэриленда создали электролит из древесины. Он может изгибаться и хорошо поглощает энергию во время цикла заряда.

Исследователи объединили полимерные трубки из древесины вместе с медью, чтобы создать твердый ионный проводник. В результате они обнаружили, что проводимость устройства была аналогична керамике и в 10–100 раз лучше, чем у других полимерных ионных проводников.

Исследователи заявили, что так произошло благодаря добавлению меди — она создает пространство между полимерными цепями целлюлозы для образования «ионных супермагистралей». Поэтому заряженные частицы лития двигаются с рекордной эффективностью.

Батарея из корней фасоли

Группа ученых Швеции сделала полностью экологически чистый аккумулятор — авторы предложили хранить энергию в корне фасоли.

Обычные корни растения не могут хранить энергию, поэтому ученые удобряли фасоль водным раствором с олигомером ETE-S, который впитывался: исследователи получили проводящую полимерную пленку. В результате авторам удалось сделать так, чтобы корни фасоли начали проводить ток — эффект держится 10 месяцев. Проводимость составила по 10 сименс на каждый сантиметр корней.

Чтобы хранить энергию, авторы разработали суперконденсатор, в котором корни были электродом, заряжающимся и разряжающимся. Отмечается, что во время эксперимента растение нормально развивалось.

Группа ученых Швеции сделала полностью экологически чистый аккумулятор — авторы предложили хранить энергию в корне фасоли.

Аккумулятор на человеческой моче

Фонд Билла Гейтса поддержал работе Bristol Robotic Laboratory, в которой авторы изучали возможность сделать батарею, которая функционирует при помощь мочи человека. Ученые заявили, что их устройство может обеспечить подзярядку смартфона или других небольших гаджетов.

Для разработки такого необычного устройства авторы использовали микробный топливный элемент. Это небольшой шарик, внутри которого есть бактерии, которые за делают из микроорганизмов в человеческой моче ток.

Мочу наливают в бутылку, дальше она переливается по трубкам сквозь преобразователи, во время этого процесса генерируется ток, который копится в конденсаторах.

По словам исследователей, в результате переработка образуется энергия, с помощью которой подзарядить смартфон или другой небольшой гаджет.

Песчаная батарея

Ученые из США придумали, как модернизировать литий-ионные аккумуляторы. Во время работы они сосредоточились на нанокремнии, который был размером с миллиардную долю метра. Исследователи хотели заменить им графит. Отмечается, что наноразмерный кремний быстро разлагается, и его трудно производить в больших количествах. Поэтому исследователи выбрали самый распространенный источник кремнезема — песок с пляжа.

Авторы заменили графитовые аноды на обожженную смесь очищенного и измельченного песка, иначе говоря, кварца. К нему добавили соль и магний. Полученный чистый нанокремний имел пористую трехмерную консистенцию. Эта пористость оказалась ключом к повышению производительности батарей, изготовленных из нанокремния.

Ученые заявили, что эффективность обычных литий-ионных аккумуляторов выросла, а их срок службы увеличился в три раза.

Хранить энергию в медицинских масках и упаковках от лекарств

Ежемесячно в мире выбрасывают около 129 млрд защитных масок. Экологи заявляют, что большая часть этого мусора — одноразовые и сделаны из пластика, поэтому будут разлагаться в течение тысяч лет. «Хайтек» ранее писал, почему проблема с одноразовыми медицинскими масками стоит так остро.

Авторы новой работы предложили еще один способ применения использованных медицинских масок. Исследователи из Московского государственного института стали и сплавов совместно с коллегами из США и Мексики придумали метод производства аккумуляторов из бывших в употреблении медицинских масок, а также упаковок от лекарств. Исследователи отмечают, что для их метода производства в 10 раз экономит энергию, а аккумуляторы получаются небольшими, гибкими и дешевыми.

Чтобы сделать их маски аккумулятор, ее сначала обеззараживают с помощью ультразвука и помещают в графен. Дальше пропитанные макси прессуют при температуре в 140 °C, чтобы сделать однородную массу.

После этого между парой электродов помещают специальную разделяющую прокладку, которая тоже сделана из маски. Ее пропитывают электролитом. Полученное устройство скрепляют защитной оболочкой, которая сделана из упаковок от лекарств. Разработчики предлагают подобным образом производить батареи для электромобилей и солнечных электростанций.

Авторы новой работы предложили еще один способ применения использованных медицинских масок. Исследователи из Московского государственного института стали и сплавов совместно с коллегами из США и Мексики придумали метод производства аккумуляторов из бывших в употреблении медицинских масок, а также упаковок от лекарств. Исследователи отмечают, что для их метода производства в 10 раз экономит энергию, а аккумуляторы получаются небольшими, гибкими и дешевыми.

Возможно самые экстравагантные решения из списка не станут продуктом массового производства, но идеи по повторной переработке мусора и упаковок однозначно внесут значительный вклад в очищение окружающей среды. Батареи и аккумуляторы — это продукт массового производства, который в ближайшие годы начнут производить без вреда для окружающей среды.

Читать далее

Посмотрите на первый в мире одноступенчатый орбитальный корабль будущего

Астрономы нашли таинственный источник энергии. Он не похож ни на что во Вселенной

Ученые доказали, что на Земле «запущено» шестое вымирание