Vedci vytvorili materiál ako zo sci-fi. Obyčajná žltá kvapalina sa po nabití zmení na čierny gél plný energie
Vedci vytvorili materiál, ktorý dokáže energiu prijať, uložiť a neskôr uvoľniť. Funguje vo vode, bez kovov a po nabití sa zmení na čierny gél.
Batérie dnes nájdeš takmer všade, v telefónoch, elektromobiloch či domácich zariadeniach, no majú jednu zásadnú slabinu. Energia sa často získava jedným spôsobom, ukladá v inom zariadení a následne využíva úplne oddelene. Vedci z Northwestern University teraz predstavili materiál, ktorý tieto tri kroky dokáže spojiť do jedného systému.
Nový materiál funguje trochu ako živá bunka. Dokáže prijať energiu zo slnečného žiarenia, elektriny alebo dokonca röntgenového žiarenia, uložiť ju a neskôr ju uvoľniť, keď ju človek potrebuje.
Najzaujímavejšie je, že počas celého procesu mení svoju podobu. Z obyčajnej žltej kvapaliny sa po nabití stane čierny gél bohatý na energiu. Keď sa energia spotrebuje, materiál sa pomocou kyslíka zo vzduchu opäť vráti do pôvodného tekutého stavu a môže sa nabiť znova.
Vedci tvrdia, že ide o prvý známy materiál, ktorý dokáže ukladať energiu tým, že fyzicky prestavia svoju vlastnú štruktúru.
Pri návrhu nového materiálu sa výskumníci inšpirovali cytoskeletom, vnútornou opornou sieťou buniek. Na rozdiel od kostí zvierat táto štruktúra nie je pevná a nemenná. Neustále sa vytvára, rozkladá a opäť skladá podľa toho, čo bunka potrebuje. Presne tento princíp chceli vedci napodobniť v umelom materiáli.
Neprehliadni
„Živé systémy sú pozoruhodne dynamické. Neustále vytvárajú štruktúry, rozoberajú ich a znovu budujú. Chceli sme vytvoriť syntetický materiál, ktorý sa bude správať podobne a zároveň bude plniť užitočné funkcie,“ hovorí profesor Samuel I. Stupp z Northwestern University.
Výsledkom sa stal materiál s názvom ANI-MV. Jeho molekuly obsahujú dve hlavné časti. Jedna reaguje na energiu zo svetla, druhá dokáže ukladať elektróny.
Keď materiál prijme energiu, elektróny sa presunú medzi týmito časťami molekúl. Následne sa jednotlivé molekuly začnú navzájom priťahovať a vytvoria drobné štruktúry. Tie sa spoja do tenkých vodivých pásikov, ktoré vytvoria čierny gél schopný uchovať energiu.
Energia ukrytá v materiáli môže fungovať aj v tme
Jednou z najzaujímavejších vlastností nového materiálu je schopnosť pracovať aj bez priameho zdroja energie. Bežné solárne materiály prestanú fungovať okamžite po tom, ako zmizne slnečné svetlo. Tento nový systém však dokáže energiu najskôr uložiť a následne ju použiť neskôr.
Vedci tento proces nazvali „fotokatalýza v tme“. Nabité molekuly dokážu odovzdať uloženú energiu kyslíku a vytvoriť vysoko reaktívne látky, ktoré následne poháňajú chemické reakcie aj bez osvetlenia.
„Väčšina materiálov poháňaných svetlom prestane fungovať, keď svetelný zdroj zmizne. Náš materiál umožňuje určitú formu fotokatalýzy v tme,“ uviedol Stupp.
Práve táto vlastnosť by mohla byť zaujímavá pri budúcich technológiách, kde bude potrebné ukladať energiu získanú z obnoviteľných zdrojov.
Alternatíva k batériám bez kovov a plastov
Dnešné batérie využívajú rôzne kovy a ďalšie materiály, ktorých ťažba aj spracovanie prinášajú ekologické otázky. Nový materiál vedcov zaujal aj preto, že funguje vo vode a nepotrebuje kovy ani plasty. Podľa výskumníkov by mohol nájsť využitie v niekoľkých oblastiach. Mohol by pomôcť pri skladovaní energie zo slnka, čistení životného prostredia alebo vývoji takzvanej mäkkej elektroniky, zariadení, ktoré budú flexibilné a prispôsobivé.
„Svet vytvára obrovské množstvo slnečnej energie, no problém predstavuje jej uloženie do času, keď ju potrebujeme. Náš materiál plní podobnú funkciu ako batéria, ale funguje výhradne vo vode, nevyžaduje kovy ani plasty a dá sa opakovane nabíjať,“ hovorí poresor Stupp.
Vedci odhadujú, že jeden gram tohto materiálu by mohol uchovať dostatok energie na nabitie inteligentných hodiniek alebo podobného malého zariadenia.
Technológia je zatiaľ na začiatku, hovoria vedci
Hoci výsledky vyzerajú sľubne, nový materiál zatiaľ nepredstavuje okamžitú náhradu klasických batérií. Výskumníci ešte musia vyriešiť otázky spojené s výrobou vo väčšom meradle, cenou a dlhodobou stabilitou. Veľkou výhodou však zostáva jeho schopnosť meniť vlastnú štruktúru a opakovane prechádzať medzi stavom, keď energiu ukladá, a stavom, keď ju uvoľňuje.
Ak sa podarí technológiu ďalej rozvinúť, mohla by priniesť nový spôsob práce s energiou, ktorý by spojil získavanie, skladovanie aj využitie do jedného flexibilného materiálu. Vedci tak otvorili ďalšiu cestu k systémom, ktoré sa namiesto pevnej konštrukcie dokážu prispôsobiť podľa potreby.
