Бумага - аккумулятор

Запасание энергии – одна из важнейших проблем, с которыми когда-либо сталкивалось человечество. От эффективности аккумуляторов, используемых в современном транспорте, промышленности, бытовой электронике – зависит, как быстро мы сможем перейти на альтернативные источники энергии, насколько качественным и безболезненным будет этот переход.

Ученые из университета в Линчёпинге (Швеция), совместно с коллегами из Королевского Технологического Института в Стокгольме, института Acreo, компании Innventia, Технического Университета Дании и Университета Кентукки, - разработали удивительную технологию, позволяющую использовать бумагу в качестве элемента питания. Речь идет не о полноценном аккумуляторе, в рецептуру которого вошла целлюлоза, а фактически - о листе бумаги, который обладает способностью накапливать и отдавать электрический заряд. Термин «бумага» тоже условный, и вряд ли кто-то будет применять новинку для писания на ней (хоть это и возможно).

Для создания бумажного аккумулятора, ученые использовали наноцеллюлозу – материал, полученный из обычной целлюлозы, путем ее разбивания на микроскопические волокна толщиной до 20 нанометров. Наноцеллюлоза вымачивается в воде и специальном электрически заряженном полимере под названием PEDOT:PSS (новейший материал, используемый в производстве полупрозрачных солнечных панелей и гибких светодиодных волокон).

В результате такой обработки, вокруг микроволокон образуется тонкий налет полимера. Далее, из волокон формируется полотно, где в промежутках между волокнами есть жидкость, выполняющая функцию электролита. Никаких опасных для здоровья человека тяжелых металлов в производстве бумаги-аккумулятора не применяется – только натуральная древесина и простые безопасные полимеры. Это значит, что аккумулятор создан только из возобновляемых материалов, что является очень важным фактором.

Внешне и на ощупь, бумажный аккумулятор практически ничем не отличается от обычной бумаги черного цвета со слабым отблеском. Толщина листа – десятые доли миллиметра. Чтобы продемонстрировать гибкость и прочность нового материала, ученые сложили из новой «аккумуляторной» бумаги лебедь оригами.

Электрическая емкость одного листа – 1 фарад, что ставит его в один ряд с современными суперконденсаторами. Новинка уже побила 4 мировых рекорда среди суперконденсаторов:

- самый высокий заряд и емкость в органической электронике;

- самый высокий ток в органическом проводнике (1 ампер);

- самая большая емкость одновременно проводимых ионов и электронов;

- самая высокая производительность транзистора.

Накопление энергии происходит в тонких слоях. Увеличив толщину бумаги, можно увеличить емкость аккумулятора. Уже известно, что аккумулятор из наноцеллюлозы выдерживает сотни циклов зарядки/разрядки, которая, кстати, занимает всего несколько секунд. Не исключено, что на основе исследований шведских ученых, будут созданы более эффективные и недорогие аккумуляторы с большей емкостью, которые можно будет использовать в конструировании легкого электротранспорта и альтернативной энергетике.

Получив дополнительные средства от частных фондов и от государства, сейчас ученые работают над упрощением технологического процесса и созданием специальной машины-автомата по производству аккумулирующей бумаги – для дальнейшей коммерциализации разработки. Скорее всего, с имеющимися уже характеристиками бумаги-аккумулятора, разработка сможет применяться в быту для подпитки разной мелкой электроники. Более широкое применение, возможно, получат другие технологии, созданные на основе полимера PEDOT:PSS, с увеличенными емкостными характеристиками.

Аккумуляторы для электровелосипедов!