Zbliża się koniec tradycyjnych baterii. W przyszłości będą rozciągliwe, samonaprawiające się i energooszczędne
Piotr Mazurkiewicz
Samonaprawiające się galaretkowe baterie z Cambridge mogą przekształcić robotykę. Można je także wykorzystać w urządzeniach do noszenia, a nawet wszczepić do mózgu w celu dostarczania leków lub leczenia schorzeń takich jak epilepsja.
Inspiracja węgorzem elektycznym
Miękkie, rozciągliwe baterie z galarety zostały zainspirowane węgorzami elektrycznymi, które do ogłuszania ofiary wykorzystują wyspecjalizowane komórki mięśniowe zwane elektrocytami. Naukowcy z Uniwersytetu w Cambridge opracowali te galaretowate materiały. Posiadają warstwową strukturę przypominającą lepkie klocki Lego, dzięki czemu mogą przewodzić prąd elektryczny.
Oprócz tego, że są miękkie, te hydrożele są również niezwykle wytrzymałe. Mogą wytrzymać ściskanie bez trwałej utraty kształtu i posiadają zdolność samonaprawy po uszkodzeniu
– Trudno jest zaprojektować materiał, który będzie jednocześnie wysoce rozciągliwy i wysoce przewodzący, ponieważ te dwie właściwości zwykle są ze sobą sprzeczne – powiedział pierwszy autor badania Stephen O’Neill.
Samonaprawiające się akumulatory żelowe mogą rozciągać się ponad dziesięciokrotnie w stosunku do swojej pierwotnej długości bez utraty przewodności, co stanowi znaczący przełom w łączeniu rozciągliwości i przewodności w jednym materiale.
Baterie żelowe składają się z hydrożeli, czyli trójwymiarowych sieci polimerów zawierających ponad 60 proc. wody. Polimery te są utrzymywane razem poprzez odwracalne interakcje włączania/wyłączania, które regulują właściwości mechaniczne galaretki.
Czym się różnią od zwykłych baterii
– Zwykle hydrożele są wykonane z polimerów o ładunku neutralnym, ale jeśli je naładujemy, mogą zacząć przewodzić – wyjaśnia współautorka dr Jade McCune. – Zmieniając składnik soli w każdym żelu, możemy sprawić, że będą lepkie i zgniecione razem w wielu warstwach, dzięki czemu będziemy mogli zbudować większy potencjał energetyczny – dodała. Badanie opublikowano w czasopiśmie Science Advances.
Podczas gdy konwencjonalna elektronika wykorzystuje sztywne materiały metaliczne z elektronami jako nośnikami ładunku, te galaretkowe akumulatory wykorzystują jony do przenoszenia ładunku, podobnie jak węgorze elektryczne.
Hydrożele silnie przylegają do siebie dzięki odwracalnym wiązaniom utworzonym pomiędzy różnymi warstwami, wykorzystując beczkowate cząsteczki zwane dyniturilami, które działają jak molekularne kajdanki.
Galaretkowate baterie można wykorzystać w medycynie
Unikalne właściwości tych galaretkowych baterii czynią je wysoce obiecującymi w implantach biomedycznych, biorąc pod uwagę ich miękkość i zdolność dopasowywania się do ludzkiej tkanki.
– Możemy dostosować właściwości mechaniczne hydrożeli, tak aby odpowiadały one tkance ludzkiej – powiedział profesor Oren Scherman, dyrektor Laboratorium Syntezy Polimerów w Melville, który kierował badaniami wraz z profesorem George’em Malliarasem z Wydziału Inżynierii. – Ponieważ nie zawierają sztywnych elementów, takich jak metal, prawdopodobieństwo odrzucenia implantu hydrożelowego przez organizm lub spowodowania gromadzenia się blizny byłoby znacznie mniejsze, ponieważ nie zawierają sztywnych elementów, takich jak metal – dodał.
Oprócz tego, że są miękkie, te hydrożele są również niezwykle wytrzymałe. Mogą wytrzymać ściskanie bez trwałej utraty kształtu i posiadają zdolność samonaprawy po uszkodzeniu.
Zespół badawczy planuje przeprowadzić przyszłe eksperymenty w celu przetestowania tych hydrożeli na organizmach żywych, mając na celu ocenę ich przydatności do różnych zastosowań medycznych.
