Ερευνητές ανέπτυξαν μια πρωτοποριακή μπαταρία σιδήρου-αέρα με βάση υδρογέλη, η οποία μπορεί να συναρμολογηθεί από κοινή ζεστή πάστα, δίνοντας στους πρώτους ανταποκριτές μια δυνητικά σωτήρια νέα επιλογή ενέργειας.
Η νέα μπαταρία, που αναπτύχθηκε από επιστήμονες στο Πανεπιστήμιο της Ναντζίνγκ, στην επαρχία Τζιανγκσού της Κίνας, επαναπροσδιορίζει το απλό θερμαντικό μαξιλάρι ως μια αξιόπιστη πηγή ενέργειας εν κινήσει.
Αυτά τα μαξιλάρια, τα οποία χρησιμοποιούνται ευρέως για τη θέρμανση των χεριών και του σώματος κατά τη διάρκεια των κρύων χειμερινών θερμοκρασιών, περιέχουν σκόνη σιδήρου που φυσικά υφίσταται μια αντίδραση οξείδωσης για την παραγωγή θερμότητας.
Με επικεφαλής τον Πινγκ Χε, PhD, καθηγητή στο Κολλέγιο Μηχανικής και Εφαρμοσμένων Επιστημών του πανεπιστημίου και έναν από τους αντίστοιχους συγγραφείς της μελέτης, η ομάδα διαπίστωσε ότι η ίδια χημική αντίδραση θα μπορούσε να επαναχρησιμοποιηθεί, όχι μόνο για ζεστασιά, αλλά και για ηλεκτρική ενέργεια.
Συνδυάζοντας τη σκόνη σιδήρου που βρίσκεται στις ζεστή πάστες με έναν ειδικά σχεδιασμένο ηλεκτρολύτη υδρογέλης και μερικά πρόσθετα καταλυτικά υλικά, η ομάδα μετέτρεψε με επιτυχία αυτά τα καθημερινά αντικείμενα σε λειτουργικές μπαταρίες σιδήρου-αέρα.
Από τη θερμότητα στη φόρτιση
«Συνειδητοποιήσαμε ότι η ίδια χημική αντίδραση που παράγει θερμότητα στις θερμές πάστες θα μπορούσε να αξιοποιηθεί για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας», δήλωσε, προσθέτοντας ότι η πρόοδος πίσω από τη νέα μπαταρία έγκειται στον ειδικά σχεδιασμένο ηλεκτρολύτη υδρογόνου.
Δήλωσε ότι η καινοτομία επικεντρώνεται σε μια τροποποιημένη φόρμουλα που περιέχει 3% άλας καλίου πολυακρυλικού οξέος (PAAK) και 0,5% λιγνοσουλφονικό νάτριο. Αυτός ο μοναδικός συνδυασμός ενισχύει σημαντικά τη σταθερότητα και την απόδοση της μπαταρίας, επιτρέποντάς της να λειτουργεί αποτελεσματικά ακόμη και σε ακραίες συνθήκες.
Η ομάδα υποστήριξε ότι ο ηλεκτρολύτης όχι μόνο βελτιώνει την απόδοση αλλά και διασφαλίζει την αξιοπιστία σε σκληρά περιβάλλοντα. Με σημείο πήξης -53 βαθμούς Κελσίου (-63,4 βαθμούς Φαρενάιτ), διατηρεί υψηλή ιοντική αγωγιμότητα ακόμη και σε θερμοκρασίες υπό το μηδέν. Αποτρέπει επίσης τις διαρροές και συνδέεται με ασφάλεια με την άνοδο της σκόνης σιδήρου, βελτιώνοντας τη συνολική σταθερότητα της μπαταρίας.
Επιπλέον, οι δοκιμές απόδοσης αποκάλυψαν ισχυρά αποτελέσματα, με την μπαταρία να παράγει 0,98 βολτ και να παρέχει 2,68 αμπεροώρες (Ah) χωρητικότητας σε θερμοκρασία δωματίου. Επιπλέον, διατήρησε λειτουργικότητα με χωρητικότητα 1,24 αμπεροώρες (Ah) ακόμη και στους -20 βαθμούς Κελσίου (-4 βαθμούς Φαρενάιτ).
Ένα εφεδρικό σύστημα έκτακτης ανάγκης
Οι ερευνητές αποκάλυψαν ότι όταν τέσσερα στοιχεία συνδέονταν σε σειρά, η εγκατάσταση παρείχε αρκετή ενέργεια για να φορτίσει ένα smartphone, αποδεικνύοντας την πρακτική της χρήση σε κρίσιμες καταστάσεις.
Χρησιμοποίησαν τη συναρμολογημένη μπαταρία για να τροφοδοτήσουν φώτα LED, επιδεικνύοντας περαιτέρω την ευελιξία της. Η ενεργειακή του πυκνότητα έφτασε τις 89,92 βατώρες ανά κιλό (Wh/kg), κατατάσσοντάς την στην κατηγορία ορισμένων εμπορικών μπαταριών μολύβδου-οξέος, ενώ χρησιμοποιεί πιο προσιτά και ασφαλέστερα υλικά.
«Σχεδιάζοντας τη σωστή αρχιτεκτονική μπαταρίας με ηλεκτρολύτη υδρογέλης, μπορούμε να μετατρέψουμε αυτήν την πηγή θερμικής ενέργειας σε φορητή παροχή ρεύματος έκτακτης ανάγκης», κατέληξε σε δελτίο τύπου.
Τόνισε περαιτέρω ότι η μπαταρία μπορεί να συναρμολογηθεί χειροκίνητα χρησιμοποιώντας την αρχική συσκευασία θερμής πάστας και δεν απαιτεί εξειδικευμένα εργαλεία ή εξοπλισμό.
Αυτή η λύση χαμηλής τεχνολογίας και υψηλής επίπτωσης θα μπορούσε να αποδειχθεί ανεκτίμητη σε ζώνες καταστροφών, απομακρυσμένες περιοχές ή οποτεδήποτε δεν υπάρχει διαθέσιμη συμβατική ενέργεια. «Αυτή η ανακάλυψη προσφέρει σημαντικά πλεονεκτήματα για υπαίθριες δραστηριότητες και καταστάσεις έκτακτης ανάγκης όπου τόσο η θερμότητα όσο και η ισχύς είναι ζωτικής σημασίας για την επιβίωση», κατέληξαν οι επιστήμονες.
