Nový typ akumulátoru možno ľubovoľne ohýbať, jeho funkčnosti neuškodí ani rozdelenie na viacero častí. Využitie by mohol nájsť v rôznych oblastiach. Batérie budú v budúcnosti podľa všetkého hrať ešte väčšiu rolu než dnes, ich vývoju sa preto venuje obrovské množstvo ľudí. Patria medzi nich aj vedci z elitnej univerzity NTU (Nanyang Technologial University) v ázijskom Singapure. Vyvinuli supertenkú papierovú batériu, ktorá je flexibilná a biodegradovateľná. Na tému upozornil portál Electrek.

Základom je papier ošetrený hydrogélom

Dielo singapurských výskumníkov je zaujímavé z viacerých hľadísk. Prvým je jeho sendvičová konštrukcia, ktorá pozostáva z papiera ošetreného hydrogélom. Ten slúži na vyplnenie prirodzených medzier medzi vláknami celulózy.

Singapurskí vedci prezentujú prototypy papierového akumulátora. Zdroj: Nanyang Technologial University Singapore

Na základnú vrstvu sú z oboch strán špeciálnym atramentom vytlačené elektródy. Anóda pozostáva najmä zo zinku a vodivej formy uhlíka, kým pri katóde autori úspešne testovali mangán a nikel. Hovoria však aj o možnosti použitia ďalších kovov. Aby vyvinuli tenší a ľahší prototyp bez potreby balenia, vedci z NTU prijali "sendvičový dizajn" pre svoje batérie – elektródy sú ako krajce chleba a celulózový papier, na ktorom sú elektródy vytlačené, je ako sendvičová náplň.

Výrobný proces začína spevnením celulózového papiera hydrogélom, aby sa vyplnili medzery vo vláknach, ktoré sa prirodzene nachádzajú v celulóze. To vytvára hustý separátor, ktorý účinne zabraňuje zmiešaniu elektród, ktoré sú formulované ako „elektródové atramenty“ a sú vytlačené sieťotlačou na obe strany hydrogélom vystuženého celulózového papiera.

Anódový atrament pozostáva hlavne zo zinku a sadzí (vodivý typ uhlíka). Čo sa týka katódového atramentu, vedci vyvinuli jeden typ s mangánom a druhý s niklom ako dôkaz koncepcie, hoci výskumný tím uviedol, že možno použiť aj iné kovy. Po vytlačení elektród sa batéria ponorí do elektrolytu. Na elektródy sa potom nanesie vrstva zlatej tenkej fólie, aby sa zvýšila vodivosť batérie. Konečný produkt má hrúbku približne 0,4 mm – približne hrúbku dvoch prameňov ľudských vlasov.

Vo finále je akumulátor ponorený do elektrolytu a jeho elektródy sú pokryté tenučkou zlatou fóliou. Celková hrúbka zariadenia dosahuje iba 0,4 milimetra. Toľko majú zhruba dva ľudské vlasy, pri funkčnom elektrochemickom článku ide o nevídaný rozmer.

V pôde sa rozloží do jedného mesiaca

Akumulátor podrobili vedci experimentu, ktorý popísali v odbornej publikácii Advanced Science. Využili prototyp s rozmermi 4 × 4 cm. Ten dokázal vyše 45 minút poháňať malý elektrický ventilátor, pričom ohýbanie nijak neovplyvnilo jeho výkon. Opakovaný pokus s diódou preukázal funkčnosť aj pri rozdelení batérie na viacero častí.

Nový typ akumulátora teda vyniká flexibilitou a modulárnosťou, vďaka čomu by mohol nájsť využite v rôznych oblastiach. Singapurskí vedci vidia jeho budúcnosť najmä v smart zariadeniach a takzvanej obliekateľnej elektronike.

V prospech papierovej batérie hovorí aj fakt, že nepotrebuje žiaden ďalší obal z hliníka či plastu. Ona sama sa pritom do jedného mesiaca rozloží v pôde. O celulózu a hydrogél sa postarajú mikroorganizmy, kým kovy zostanú vo forme netoxických oxidov svojou formou pripomínajúcich prírodné minerály. 

Docent Lee Seok Woo, spoluautor štúdie, povedal:

Veríme, že papierová batéria, ktorú sme vyvinuli, by mohla potenciálne pomôcť pri probléme s elektronickým odpadom, keďže naša papierová batéria s potlačou je netoxická a nevyžaduje hliníkové alebo plastové obaly na zapuzdrenie komponentov batérie. Vyhýbanie sa obalovým vrstvám tiež umožňuje našej batérii skladovať väčšie množstvo energie, a tým aj energie v menšom systéme.

V budúcnosti tím NTU dúfa, že predvedie úplnú integráciu batérie s tlačeným papierom do inej tlačenej elektroniky, elektronických obalov a systémov na ukladanie energie nasadených v prostredí.