Unikátna kvapalina zmenou na hydrogél dokáže uchovávať energiu a poháňať elektroniku

 

KĽÚČOVÉ ZISTENIA:

• Syntetický materiál spája zachytávanie a skladovanie energie do jednej dynamickej štruktúry bez použitia plastov.

• Žltá tekutina sa po nabití molekulárne reorganizuje a zmení sa na čierny vodivý hydrogél.

• Kyslík spúšťa uvoľňovanie energie vo forme reaktívnych častíc, vďaka čomu gél dokáže vykonávať chemickú prácu aj v tme.

Výskumníci z Northwestern University vyvinuli syntetický materiál, ktorý spája získavanie energie s výraznou fyzickou zmenou štruktúry. Štúdia publikovaná v žurnále Chem opisuje systém inšpirovaný dynamickým cytoskeletom buniek. V základnom vybitom stave má táto zlúčenina podobu žltej kvapaliny zloženej z malých globulárnych molekulárnych agregátov.

Zmenu štruktúry umožňuje molekula ANI-MV, ktorá spája svetlocitlivú jednotku s časťou určenou na dlhodobé ukladanie elektrónov. Nabíjanie sa spúšťa vystavením kvapaliny viditeľnému svetlu, elektrickému prúdu, chemickým palivám alebo röntgenovému žiareniu.

Zdroj foto: Northwestern University/YouTube

Molekuly následne prijmú voľné elektróny a reorganizujú sa spájaním do supramolekulárnych polymérových vlákien. Tieto polovodivé štruktúry v nanometrovej mierke vytvoria pevnú prepletenú sieť a tekutina sa zmení na pevný, čierny a elektricky vodivý hydrogél. Nabitý stav stabilizuje materiál a podľa autorov štúdie dokáže v prostredí bez kyslíka bezpečne uzamknúť elektrický náboj na niekoľko mesiacov.

Uvoľnenie uloženej energie nevyžaduje uzavretý elektrický obvod. Nastáva po privedení atmosférického kyslíka do systému. Kyslík pôsobí ako silný akceptor elektrónov, vytiahne uložený náboj zo štruktúry gélu a vytvorí vysoko reaktívne formy molekúl.

Energia sa uvoľňuje ako chemická redoxná aktivita, vďaka ktorej gél dokáže poháňať oxidačné reakcie aj bez aktívneho zdroja svetla. Po tomto procese, ktorý vedci označujú ako temnú fotokatalýzu, sa čierny gél rozpustí a materiál sa vráti do tekutej podoby. Technológia funguje vo vodnom prostredí a bez použitia kovov.

Po resete na vzduchu ju možno opakovane nabíjať a používať pri degradácii látok znečisťujúcich životné prostredie alebo pri sterilizácii povrchov. Selektívne svetelné nabíjanie umožňuje vytvárať mikroskopické vodivé vzory pre elektroniku, ktoré po ďalšom kontakte s kyslíkom zmiznú. Podľa prepočtov výskumníkov dokáže jeden gram materiálu pojať dostatok voľnej energie na plné nabitie inteligentných hodiniek a nositeľných zariadení. 

PREČO JE TO DÔLEŽITÉ: Biologicky inšpirovaný prístup znižuje potrebu ťažby toxických kovov pre batérie a umožňuje ekologické uchovávanie energie v kvapaline.

Zdroj: newatlas.com foto: ChatGPT

Zobrazit Galériu