Nedaleko hranic s Českou republikou, v německém městě Chemnitz vznikla zajímavá spolupráce tří institucí: Fraunhoferovho výzkumného ústavu pro elektronické nanosystemy ENAS (Einrichtung für Elektronische Nanosysteme), Technické university a firmy Menippos s.r.o. Výsledkem společného výzkumu, vedeného profesorem Reinhardem Baumannem je nový typ tenké, lehké a levné baterie, která se bude na podklad nanášet formou sítotisku (slov. sieťotlač, tisk přes jemnou síť, v níž se zaslepí dírky, přes které nemá barva projít). Touto metodou se potiskují textilie (obrázky na tričkách), papír (známky, samolepky), plasty (CD), dřevo, keramika, kovy, ale představuje i způsob nanášení miniaturních elektronických součástek, nebo povrchové vrstvy solárních článků.
Sítotiskem vyrobený nový typ baterie je tenčí než jeden milimetr, neváží ani celý gram a může být nanesen na různé materiály. Základní článek má standardní napětí 1,5 V, ale sériovým zapojením více článků lze dosáhnout 3, 4,5, nebo 6 voltů.
Samotný princip této baterie není nijak nový – základ tvoří různé vrstvy – zinková anoda oddělená od katody z oxidu manganičitého (Mn02) vrstvami elektrolytu a vrstvou separátoru (pravděpodobně pórovitého polypropylénu).
Z vnějších stran elektrod je nanesen kolektor, vodivá vrstva, v které se hromadí náboj a ze které vedou oba póly baterie pro připojení do obvodu. Vše je zataveno do elastického ochranného plastu. Zinková anoda v průběhu elektrochemické reakce oxiduje a oxid manganičitý v katodě zase redukuje, čímž vzniká elektrický potenciál. Obě látky ale přitom degradují, proto má baterie jenom omezenou dobu použití a nedá se znovu nabíjet. Je vhodná do elektronických pohlednic, nebo čipových karet s omezenou platností, různých druhů dočasných senzorů například pro měření tělesných funkcí, pro jednorázové „laboratoře na čipu“ a podobně. První komerčně využitelné prototypy by se měly objevit koncem roku.
| ||
| Nový, necelý milimetr tenký monočlánek z ENAS Kredit: ENAS |
Sériové propojení dvou monočlánků... |
... a čtyř s výstupným napětím 4 x 1,5 V. Kredit: Wolfgang Thieme |
Zpráva o tomto novém typu baterie, která oběhla evropská media, má nádech výjimečnosti převratné nové technologie. Aniž bychom snižovali zásluhy vědců z Chemnitzu, přiznejme si alespoň na Oslu, že to zase až taková novinka není. Suchá baterie s elektrodami na bázi zinku a oxidu manganičitého je známa již 60 let. Vynalezl ji v roce 1949 Lew Urry pracující v laboratoři známé firmy Eveready Battery Company, dnešní Energizer Battery Company. Trvalo však 10 let, než ji právě před půlstoletím, v roce 1959, Eveready uvedla na trh. Po mnoha inovacích se používá dodnes.
Ani myšlenka, jak tento typ baterie přetransformovat do tenkých vrstev, jež by se daly nanášet sítotiskem, není tak "čerstvá". Například již před deseti lety, v červnu 1999, vyšel v odborném časopisu Journal of Power Sources článek rakouských výzkumníků z Technické univerzity v Grazi (v Štýrském Hradci) o možnosti nanášet Zn – Mn02 elektrody ve formě tenkého filmu na povrch umělé polypropylénové fólie s póry mikrometrových rozměrů.
V roce 2001 sliboval článek v New Scientist skvělou budoucnost bateriím společnosti Power Paper, sídlící v Izraeli. Tehdy vydaná tisková zpráva se od té nynější německé moc nelišila – nenabíjitelná, jen půl milimetru tenká baterie se také skládá z vrstev, dvě z nich jsou elektrody - zinková anoda a katoda z Mn02. Také se tiskla na téměř libovolný povrch, počínaje papírem pro pozdravy k svátku, přes čipové karty až po zařízení monitorující zdravotní stav. Každý centimetr čtvereční potištěné plochy měl dodávat napětí 1,5 V.
Tři krátká videa dokumentují, jak je baterie Power Paper flexibilní, přičemž ani největší ohýbáni nemění výstupní napětí a dokonce si ho udrží, i když kousek z ní odstřihnete.
A co Amerika? Zaspala snad v tomhle směru dobu? Nikoli. Již v roce 2002, v podstatě jako výhonek firmy Energizer, se ve státě Ohio zrodila firma Thin Battery Technologies, která se teď jmenuje Blue Spark Technologies.
Představuje dosavadní jedničku v tomto oboru a již několik let se věnuje vývoji, produkci i prodeji tenkých, mezi vrstvy papíru vtištěných ohebných baterií s uhlíkovou katodou (ne na bázi Mn02). Rozhovor o nich s prezidentem společnosti Gary Johnsonom najdete zde.
Ultratenké ohebné tištěné baterie (printed batteries) se zatím jenom pomalu prodírají z kukel vývojových laboratoří a ještě nějakou dobu si budou narovnávat křídla. Nebudou z nich žádné podeňky, naopak, čeká je dlouhý a zdá se, že velmi úspěšný let. Sudičky společnosti NanoMarket, která se zabývá analýzami průmyslového trhu jim předpovídají tu nejskvělejší budoucnost. Předpokládají, že do roku 2015 se jenom americký trh s tištěnými bateriemi rozroste natolik, že bude přinášet roční zisky na úrovni 2,1 miliardy dolarů. A jejich cena by pro nás zákazníky měla být vskutku „příjemná“. Němečtí vědci například věří, že velkoprodukce tištěných baterií sníží jejich cenu na úroveň eurocentů. A zdá se, že i dostatečná konkurence bude hnacím motorem nejen vývoje nových typů, ale i jejich ceny.
Zdroje:
Fraunhofer-Gesellschaft
Power Paper Ltd.
Blue Spark Technologies
Diskuze:
