Инженеры изготовили мягкую батарею из наноцеллюлозы

Экспериментальная батарея из волокон наноцеллюлозы не теряет своих свойств при сжатии

Экспериментальная батарея из волокон наноцеллюлозы не теряет своих свойств при сжатии
(фото Max Hamedi, Wallenberg Wood Science Center).

Учёные из Швеции и США использовали наноразмерные волокна целлюлозы для создания аккумулятора, который работает даже при сжатии и деформации.

Испокон веков человек использует дерево для строительства домов и кораблей, изготовления инструментов и мебели, а также в качестве топлива. После того, как в 1838 году французский химик Ансельм Пайен первым изучил свойства целлюлозы, древесина стала важным сырьём для производства бумаги, пластмасс и других промышленных продуктов.

В двадцать первом веке деревообработка ворвалась в сегмент нанотехнологий, после того как было освоено получение целлюлозы в виде наноразмерных кристаллов, трубок и нитей. Такая наноцеллюлоза (nanocellulose), сочетающая в себе лёгкость и прочность, может быть использована для получения поглощающих нефть губок, биоразлагаемых компьютерных чипов и даже бронежилетов.

Теперь учёные из Королевского технологического института Швеции (KTH) и Стэнфордского университета (Stanford University) использовали наноцеллюлозу для изготовления мягких батарей.

Материал извлекают из опилок и отходов бумажной промышленности путём механического разрушения смоченной в воде целлюлозы. В итоге получаются наноразмерные длинные молекулы, которые в тысячи раз тоньше исходных волокон. Полученный гидрогель замораживают и сушат таким образом, чтобы вода испарялась, минуя жидкое состояние. В результате остаётся трёхмерная разветвлённая сеть из тонких и прочных нитей, внешне похожая на губку.

"Материал напоминает пену в матрасе, хотя он намного сложнее, легче и более пористый. Вы можете коснуться его, и он не разрушится", — сообщает в пресс-релизе руководитель последнего исследования Макс Хамеди (Max Hamedi).

Для придания полученному материалу электронных свойств его покрывали изнутри и снаружи специальными чернилами, которые проводят электричество. Благодаря сложной трёхмерной структуре общая площадь покрытия в одном кубическом дециметре наноцеллюлозной губки сравнима с площадью футбольного поля.

Таким образом, по сравнению с обычными энергетическими элементами, которые используют двухмерную спиральную структуру, мягкая батарея может хранить больше энергии в меньшем объёме.

"Гибкая и растяжимая электроника, нечувствительная к ударам и падениям, пока ещё являются чем-то новым. Но вы можете сжимать эту батарею как угодно", — добавляет Камеди.

Форма и толщина новых аккумуляторов может быть любой, что в сочетании с возможностью деформации позволяет использовать их даже в виде подкладки в высокотехнологичной одежде.

Кроме того, технология наверняка заинтересует производителей гибких гаджетов и электрических автомобилей. В кузове электрокара такой источник энергии может выполнять и дополнительную функцию по обеспечению пассивной безопасности пассажиров, смягчая удар во время аварии.

Подробные результаты нового исследования опубликованы в издании Nature Communications.