Nye batterier er de første til at bruge vandopdelingsteknologi i deres kerne

Inde i moderne mobiltelefoner er milliarder af nanoskala-kontakter, der tænder og slukker, så telefonen kan fungere. Disse kontakter, kaldet transistorer, styres af et elektrisk signal, der leveres via et enkelt batteri. Denne konfiguration af et batteri til at drive flere komponenter fungerer godt til nutidens teknologier, men der er plads til forbedringer. Hver gang der sendes et signal fra batteriet til en komponent, noget strøm går tabt på rejsen. At koble hver komponent med sit eget batteri ville være en meget bedre opsætning, minimerer energitab og maksimerer batterilevetiden. Imidlertid, i den nuværende teknologiske verden, batterierne er ikke små nok til at tillade dette arrangement - i hvert fald ikke endnu.

Nu, MIT Lincoln Laboratory og MIT Department of Materials Science and Engineering har gjort fremskridt i udviklingen af ​​brintbatterier i nanoskala, der bruger vandspaltningsteknologi. Med disse batterier, forskerne sigter mod at levere en hurtigere opladning, længere levetid, og mindre spildt energi. Ud over, batterierne er relativt nemme at fremstille ved stuetemperatur og tilpasser sig fysisk til unikke strukturelle behov.

"Batterier er et af de største problemer, vi støder på i laboratoriet, " siger Raoul Ouedraogo, som er fra Lincoln Laboratory's Advanced Sensors and Techniques Group og er projektets hovedefterforsker. "Der er betydelig interesse for meget miniaturiserede sensorer, der går helt ned til størrelsen af ​​et menneskehår. Vi kunne lave den slags sensorer, men held og lykke med at finde et så lille batteri. Nuværende batterier kan være runde som møntceller, formet som et rør, eller tynd men på en centimeter skala. Hvis vi har evnen til at placere vores egne batterier til enhver form eller geometri og på en billig måde, det åbner døre til en hel masse applikationer."

Batteriet får sin opladning ved at interagere med vandmolekyler i den omgivende luft. Når et vandmolekyle kommer i kontakt med det reaktive, ydre metalsektion af batteriet, det er opdelt i dets bestanddele - et iltmolekyle og to brintmolekyle. Brintmolekylerne bliver fanget inde i batteriet og kan opbevares indtil de er klar til at blive brugt. I denne tilstand, batteriet er "opladet". For at frigive sigtelsen, reaktionen vender. Brintmolekylerne bevæger sig tilbage gennem batteriets reaktive metalsektion og kombineres med ilt i den omgivende luft.

Indtil nu, forskerne har bygget batterier, der er 50 nanometer tykke - tyndere end et hårstrå. De har også vist, at batteriernes areal kan skaleres fra så store som centimeter til så små som nanometer. Denne skaleringsevne tillader, at batterierne nemt kan integreres nær transistorer på nano- og mikroniveau, eller i nærheden af ​​komponenter og sensorer på millimeter- og centimeter-niveau.

"En nyttig egenskab ved denne teknologi er, at oxid- og metallagene meget let kan mønstres til brugerdefinerede geometrier i nanometerskala, gør det nemt at bygge indviklede batterimønstre til en bestemt anvendelse eller at afsætte dem på fleksible underlag, " siger Annie Weathers, en medarbejder i laboratoriets Kemikalie, Mikrosystem, og Nanoscale Technologies Group, som også er involveret i projektet.

Batterierne har også vist en effekttæthed, der er to størrelsesordener større end de fleste batterier, der bruges i øjeblikket. En højere strømtæthed betyder mere udgangseffekt pr. batterivolumen.

"Det, jeg tror, ​​fik dette projekt til at fungere, er det faktum, at ingen af ​​os er batterifolk, " siger Ouedraogo. "Nogle gange kræver det nogen udefra at se nye ting."

I øjeblikket, vandopdelingsteknikker bruges til at generere brint til store industrielle behov. Dette projekt vil være det første til at anvende teknikken til at skabe batterier, og i meget mindre skalaer.

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), et populært websted, der dækker nyheder om MIT-forskning, innovation og undervisning.