Nanoteknik förvandlar tegelstenar till batterier

Tegelstenar kan hålla kvar elektrisk spänning om de fylls med speciella nanofibrer. Det kan omvandla våra hus till enorma batterier.

Tegelstenar kan hålla kvar elektrisk spänning om de fylls med speciella nanofibrer. Det kan omvandla våra hus till enorma batterier.

Shutterstock

Amerikanska forskare från Washington University i St. Louis har skapat en tegelsten, som ser ut som en helt vanlig röd tegelsten, men som faktiskt också fungerar som ett batteri.

Knepet ligger i att fylla tegelstenens porer med nanofibrer gjorda av en speciell plastpolymer, som kan förvara elektrisk spänning.

Om våra byggnader kan omvandlas till stora batterier, så löser vi en av den gröna omställningens stora utmaningar: energilagring. Föreställ dig att solceller på ditt tak genererar elektricitet, som tegelstenarna i ditt hus sedan förvarar tills du behöver den.

Tegelsten skapar spänning som en gnuggad ballong

Tekniskt sett är den futuristiska tegelstenen inte något batteri, utan en superkondensator.

En kondensator består av två strömförande plattor som är åtskilda av ett skikt av ett annat material, som spänningen inte komma igenom. Att ladda en kondensator fungerar på samma sätt som att gnida en ballong mot en tröja, som ger negativ respektive positiv laddning, så att de attraherar varandra.

På samma sätt uppstår det negativ laddning i den ena av kondensatorns plattor och positiv laddning i den andra, vilket skapar ett elektriskt fält som polariserar det mellanliggande lagret. Spänningsskillnaden stannar i lagret tills energin frisätts som elektricitet till en extern krets.

Enorm yta förvandlar tegelsten till superkondensator

En kondensators kapacitet ökar när plattornas yta görs större eller avståndet mellan dem minskas.

På en superkondensator är plattorna därför klädda med porösa nanomaterial, vilket ger dem en mycket större ytvidd. Samtidigt åtskiljs plattorna inte av något tjockt skikt, utan är i stället doppade i en elektrolytisk vätska och åtskilda av en tunn plastfilm.

På så sätt uppnås samma struktur som i en vanlig kondensator, fast med större ytvidd och ett mindre avstånd mellan plattorna.

En superkondensator gjord av tegelstenar får en LED-lampa att lysa. Tegelstenarnas porer har fyllts med nanofibrer av strömförande plast.

© D’Arcy Research Laboratory

Den nya elektriska tegelstenen fungerar som plattorna i en superkondensator. Först indunstas tegelstenen med den strömförande plastikpolymeren PEDOT, som är täckt av nanofibrer. Sedan delas den i två halvor, varpå den doppas i en elektrolytisk gel. När de två halvorna sätts ihop igen blir de en superkondensator.

Hittills är tegelstenen inte särskilt effektiv. Den första prototypen har en energitäthet på bara en procent av ett vanligt litiumjonbatteri. Energitätheten är superkondensatorteknikens akilleshäl – tätheten i batterier är ofta 10–50 gånger högre.

Superkondensatorer är däremot lättare, är extremt snabba att ladda och kan dessutom laddas upp och ur näst intill ett oändligt antal gånger jämfört med batterier.

Forskarna tror att de med några få justeringar kan tiodubbla energitätheten. Lyckas de med det, kan superkondensatorer bli ett gångbart alternativ till batterier.

BAKGRUND: Den gröna omställningen bygger på batterier