Papírvékonyságú új elem

Ki ne szeretne még könnyebb mobiltelefont, laptopot, hordozható zenelejátszót? Nemrég olyan új fejlesztés látott napvilágot, amely még légiesebbé teheti hordozható elektromos eszközeinket: egy amerikai egyetem kutatói papírvékonyságú elemet mutattak be.

Hosszú és göröngyös út vezetett Alessandro Volta olasz fizikus találmányától, az 1800-ban szerkesztett Volta-oszloptól azokig az elemekig, akkumulátorokig, amelyeket ma használunk. A törekvések ma leginkább arra irányulnak, hogy minél kisebb, de emellett nagy élettartamú, megbízható, jó hatásfokú és olcsó áramforrásokat állítsanak elő. Most a Rensselaer Műszaki Intézet (USA, New York Állam) munkatársai újabb lépést tettek a tökéletesítés felé vezető úton, hiszen nanotechnológiai módszerekkel egészen újszerű, különleges elemet fejlesztettek ki.

A könnyű, vékony, ruganyos találmány leginkább egy közönséges papírlapra emlékeztet, ami nem véletlen, hiszen kilencven százalékban cellulózból áll. Ennek a szabható-vágható, hajlítható, feltekercselhető elemnek minden grammja 10 milliamper erősségű áramot képes adni, és -70 °C-tól akár +150 °C-ig használható.

A hagyományos elektrokémiai áramforrások elektrolitoldatba merülő két elektródból és az azokat összekötő fémes vezetőből állnak. Az elemben a két elektród közötti potenciálkülönbség miatt folyik az áram. A negatív elektródon elektronleadás, a pozitív elektródon elektronfelvétel játszódik le, és az elektronok a fémes vezetőn át áramlanak a negatív potenciálú helyről a pozitívabb potenciálú hely felé.

Az új elemnél a kutatók szén-nanocsöveket ágyaztak be cellulózba, és az így kapott vékony filmréteg egyik oldalára lítiumot vittek fel. Az elem egyik elektródját a lítium alkotja, a másikat a szén-nanocsövek, míg elektrolitként a papírra cseppentett és abba beivódó sóoldat szolgál. Alkalmasan megválasztott, vizet nem tartalmazó elektrolitot alkalmazva az elem extrém magas és extrém alacsony hőmérsékleteken is kitűnően működik. A fényképen is látható ébenfekete színét a szén-nanocsövek adják.

A találmány szép példája annak is, hogy milyen gyümölcsöző eredményeket hozhat a különböző tudományterületen dolgozó kutatók együttműködése. Az elemet létrehozó csapatban anyagtudománnyal, kémiával, nanotechnológiával foglalkozó kutatók és mérnökök is részt vettek. Persze akad még tennivaló bőven. Növelni kell az elem hatásfokát, kidolgozni az olcsó és nagy tömegű előállítás módszerét, és kitalálni azokat a technológiai megoldásokat, amelyekkel az elem beépíthetővé válik használati tárgyainkba.

Az új elem nemcsak kényelmünket szolgálhatja majd, hanem biokompatibilitása révén egészségünket is. A szórakoztató elektronikai termékek mellett az elektrokémiai áramforrások olyan "életbevágó" eszközökben is nélkülözhetetlenek, mint a pacemakerek (szívritmus-szabályzók), a hallókészülékek vagy a beültethető gyógyszeradagolók. Arról nem beszélve, hogy milyen hasznosak lehetnek ezek a könnyű alkalmatosságok az űreszközökben vagy az elektromos meghajtású járművekben.