Chrupavka je klíčem k vývoji bezpečných strukturálních baterií

Vaše koleno a baterie ve vašem chytrém telefonu mají až překvapivě podobné nároky. Zjistil to tým Michiganské univerzity, jehož výsledky by mohly vést k vývoji spolehlivých „strukturálních“, tedy tvarovatelných baterií. Badatelé už mají prototyp, který obsahuje pevný elektrolyt nápadně podobný chrupavce. Právě díky němu je taková strukturální baterie velmi odolná a snadno tvarovatelná.

K čemu jsou dobré strukturální baterie? V mnoha případech by bylo výhodně, kdyby se inženýrům podařilo baterie zabudovat do struktury zařízení, například do křídel dronu nebo do nárazníku elektromobilu. Takové baterie představují jeden ze stěžejních cílů výzkumu materiálových vědců, protože by mohly významně zlepšit parametry strojů s elektrickým pohonem i dalších zařízení, které jsou na baterie. Dosavadní modely strukturálních baterií ale byly příliš těžké, s malou výdrží nebo nepříliš bezpečné.

Šéf výzkumu Nicholas Kotov a jeho spolupracovníci vyvinuli strukturální nabíjitelnou, a také dobře odolnou zinkovou baterii s pevným elektrolytem, který napodobuje strukturu tkáně chrupavky. V úvodních experimentech potvrdili, že takovou baterii je možné zabudovat do konstrukce dronu. Prototyp baterie vydrží přes 100 cyklů nabíjení na 90 procentech své kapacity, vydrží tvrdé nárazy a dokonce i proražení, aniž by ztratila energii anebo začala hořet.

Podle Kotova jsou nároky na strukturální baterie dost komplikované a přímo protichůdné. Mají být lehké a přitom pevné, bezpečné, a také mít velkou kapacitu na uložení energie. Aby vědci takovým nárokům vyhověli, tak použili zinek, což je osvědčený strukturální materiál, a také větvená nanovlákna, která důvěrně připomínají vlákna kolagenu v chrupavce.

Jak říká Kotov, příroda sice nevyvinuli zinkové baterie, vyřešila ale podobný problém, právě tím, že vytvořila chrupavku. Materiál založený na chrupavce se ukázal jako perfektní pro transport iontů v baterii. Chrupavka má také úžasné mechanické vlastnosti. Vzhledem k tomu, jak je tenká a lehká, dovede sloužit v těle velice dlouho. Pevný elektrolyt strukturálních baterií by měl být přesně takový.

Autor: RNDr. Stanislav Mihulka, Ph.D.

Líbil se Vám tento článek? Doporučte jej svým známým.

Více informací najdete zde: