Новое жидкое фторированное соединение увеличит продолжительность работы устройств, которые сложно перезаряжать. Например, кардиостимуляторы смогут прослужить на два года дольше. Исследование опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Первичные аккумуляторы — особый вид батарей, которые сложно перезаряжать. Они работают довольно долго, их срок службы исчисляется годами, а используются они в устройствах, которые нельзя периодически заряжать (в отличие от аккумуляторов в телефонах) и нельзя менять батарейки (в отличие от фонариков или зубных щеткок). Это кардиостимуляторы, подводная аппаратура или приборы на спутниковом управлении. Мощность первичных аккумуляторов в три раза больше, чем у перезаряжаемых аналогов.
Прорывов в этой сфере не было уже 40 лет. Но теперь американские ученые смогли найти новое вещество на основе фтора, которое совместило в себе и функции электролита (материала, который находится между двумя электрическими полюсами батареи, катодом и анодом, и позволяет носителям заряда проходить с одной стороны на другую), и функции катода. Это новое соединение назвали католитом.
В любом сегодняшнем первичном аккумуляторе много «балласта» — жидкости-электролита, которая позволяет частицам переходить от анода к катоду. Однако химически эта жидкость неактивна, и ее функция — просто позволять перемещаться ионам, словно швейцар, который открывает частицам дверь. В традиционном аккумуляторе электролит занимает 50% массы. Но благодаря новому католиту эту массу можно занять активными веществами, тем самым увеличив емкость батареи. Сейчас ученые смогли увеличить время работы аккумулятора на 20%, но в планах — достичь 50%.
Однако даже 20% — существенный результат. Батареи в кардиостимуляторах обеспечивают его работу на 10 лет, а если прибор совмещает функции дефибриллятора — еще меньше. В то же время заменить батарею в кардиостимуляторе можно только хирургическим вмешательством. То, что каждый прибор будет помогать сердцу функционировать на два года больше, повышает качество жизни и снижает риски, которые неминуемо есть при операциях. Так как новый материал работает при температуре человеческого тела, он будет отлично подходить и для кардиостимуляторов, и для имплантатов.
Разница в мощностях первичных аккумуляторов также существенна для глубоководных приборов и устройств с удаленным управлением, где и планируется использование нового материала. Кроме того, перспективно использование жидкого фторированного электролита для датчиков температуры при доставке или транспортировке чего-то дорогостоящего и портящегося. Например, когда необходимо, чтобы лекарства или продукты питания на протяжении всего процесса доставки находились в одинаковой температуре, первичный аккумулятор может гарантированно ее поддерживать.
Новый материал для первичных аккумуляторов более безопасный по сравнению с используемыми сейчас веществами. В своей работе ученые замечают, что используемые сейчас материалы подвержены коррозии (разрушению) или попросту токсичны. Предварительные испытания нового вещества продемонстрировали стабильный срок службы более года, и исследования в этом направлении будут продолжаться.
Одно из важнейших достоинств нового материала — то, что его синтез может быть легко интегрирован в производство уже сейчас. Промышленность уже использует основные компоненты материала. Цена нового католита сравнима с прочими материалами, использующимися для первичных аккумуляторов. Команда ученых предварительно обсудила вопрос использования в производстве новой технологии с бизнесменами, и они подтвердили потенциально легкую замену.
Ученые уже подали заявку на патент на католит и ожидают, что коммерциализация в первую очередь коснется медицинских устройств, и технология будет тестироваться в реальных устройствах примерно через год.
Автор: Алиса Ершова
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
