Estónski a talianski vedci našli spôsob, ako tlačiť superkapacitory (ultrakapacitory či dvojvrstvové kondenzátory) malých rozmerov pomocou úplne biologicky odbúrateľných materiálov. Táto technológia by sa mohla využiť v medicíne a pri vývoji nových zariadení na monitorovanie životného prostredia.
Na uchovávanie elektrickej energie sú potrebné superkondenzátory, aby sa v požadovanom čase uvoľnila nahromadená energia vo veľkých množstvách. Malý superkondenzátor vytvorený v spolupráci vedcov z Univerzity v Miláne a Univerzity v Tartu má hrúbku 10 mikrometrov, čo je viac ako desaťkrát tenší ako jeden silnejší vlas. Superkondenzátor zároveň odoláva napätiu nad 1,5 V, ktoré je zvyčajne potrebné na prevádzku najbežnejších elektronických zariadení.
Projekt bol realizovaný v spolupráci pracovnej skupiny profesora Paola Milaniho z Univerzity v Miláne a vedcov z Univerzity v Tartu. Kľúčovú úlohu zohrala Kaija Põhako-Esko, docentka chémie materiálov na Univerzite v Tartu. Jedným z hlavných smerov jej každodenného výskumu je vývoj iónových kvapalín, pričom sa v posledných rokoch zameriava predovšetkým na biokompatibilitu a biodegradáciu.
Vedci z Milánskej univerzity však vyvinuli špeciálnu technológiu na tlač neuveriteľne tenkých elektród, t. j. Nadzvukového ukladania klastrových lúčov. To umožňuje veľmi presné nanášanie kovových alebo uhlíkových častíc kontrolovanej veľkosti na požadované miesta za vzniku veľmi tenkých a rovnomerných povlakov.
Ako uviedla Põhako-Esko: „V Tartu sme našli spôsob, ako nastriekať zmes polymérov a iónových kvapalín na substrát, aby sa vytvoril film. V Taliansku bola známa technológia tlače elektród. Teraz bola otázka, či by bolo možné vytvoriť superkapacitor kombináciou týchto znalostí.“
Ako substrát pre tlač bol použitý tenký film acetátu celulózy. Na film boli vytlačené striedavé vrstvy uhlíkových elektród a iónový gél obsahujúci celulózu a iónovú kvapalinu oddeľujúcu elektródy. Cholínlaktát bol použitý ako iónová kvapalina pôsobiaca v zariadení ako elektrolyt. Katiónom tejto soli, ktorý je pri izbovej teplote kvapalný, je cholín. Tá istá biomolekula je dôležitá napríklad pri stavbe bunkových membrán a nachádza sa aj vo vitamíne B. Anión je však laktát známy z kyseliny mliečnej. Oba ióny sú teda prírodného pôvodu a sú biokompatibilné, biologicky odbúrateľné a tiež rozpustné vo vode.
Výroba superkapacitora pre tlač je v mnohých ohľadoch porovnateľná s vytváraním obrazu na papieri pomocou atramentovej tlačiarne. Hlavným rozdielom oproti kondenzátorom je, že vedci musia najskôr nájsť vhodné materiály na výrobu „papiera“ a „tlačiarenskej farby“.
Ako popísala Põhako-Esko výzvy, s ktorými sa vedci stretávajú: „Pokiaľ ide o technológiu materiálov, bude zaujímavé sledovať, ako komponenty spolupracujú. Nájdenie správnej kombinácie materiálov si vyžaduje veľa experimentovania. Nie všetky materiály sú navzájom kompatibilné a tlačová technológia sa nevzťahuje na každý z nich rovnako. Existujú napríklad problémy s rozpustnosťou, viskozita roztokov nie je vhodná na tlač alebo sa potrebné vrstvy nelepia.“
Týmto experimentom vedci dokázali, že tlač úplne biologicky odbúrateľného a tiež flexibilného superkapacitoru je dokonca možná. Na stanovenie jeho životnosti a času úplnej degradácie je potrebný ďalší výskum.
Jedného dňa, keď bude technológia pripravená na použitie, môže mať svetlé perspektívy napríklad vo vývoji lekárskych implantátov a v rôznych zariadeniach na monitorovanie životného prostredia. Také biologicky odbúrateľné kondenzátory by sa dali použiť, ak by potrebovali fungovať iba určitý čas a zariadenie by sa malo neskôr bezpečne rozkladať.
Skupina vedcov popísala superkondenzátor v článku publikovanom v odbornom časopise Advanced Functional Materials.
Zdroj: https://researchinestonia.eu, zverejnené: 18. 8. 2021, autor: rpa
