IRC-Galleria

Tutkijat tekevät paperista taipuisan, uudelleen ladattavan energiavaraston. New yorkilaisen Rensselaer Polytechnic Instituten tutkijat ovat kehittäneet uuden energiaa varastoivan laitteen, joka helposti voidaan sekoittaa paperin palaseen. Nanosuunnittelua hyödyntävä paristo on kevyt, erittäin ohut ja hyvin joustava, joten sitä voidaan hyödyntää erimuotoisissa kohteissa. Lisäksi uusi keksintö vastaa tulevaisuuden vekottimien energiavaatimuksia, koska se asettuu helposti esimerkiksi sairaalan apuvälineiden sisälle sekä kannettaviin laitteisiin.

Ohut ja taipuisa paristo voidaan printata paperiarkille. Se toimii 150 asteen kuumuudessa ja -70 asteen pakkasessa ja kaikissa lämpötiloissa näiden väliltä. Laite on muunneltavissa käytettäväksi tavalliseksi paristona (high-energy battery) kuin myös suurjänniteparistoinakin (high-power supercapacitor). Nämä eri paristot ovat tähän saakka olleet kaksi erillistä virtalähdettä lähes kaikissa sähkökäyttöisissä laitteissa. Kiinnostava ominaispiirre on myös, että uuden keksinnön käyttövoimana voi olla ihmisen veri tai hiki.

Tutkimuksen yksityiskohdat julkaistiin 13. elokuuta arvostetussa Proceedings of the National Academy of Sciences-julkaisussa. Jos paristo näyttää ja tuntuu paperilta, sen todella on paperia. Nimittäin yli 90 prosenttia laitteesta on valmistettu selluloosasta, samasta materiaalista tehdään esimerkiksi sanomalehtiä ja monia muita arkipäivässä tuttuja paperilaatuja.

Rensselaerin tutkijat imeyttivät paperiin hiiliatomeista koostuvia nanoputkia, jotka tekevät laitteen väristä mustan. Nanoputket reagoivat kuten elektrodit varaamalla ja johtamalla sähköä. Patteri on suunniteltu toimimaan niin litium-ioni-paristona kuin suurjännitevarastonakin, josta purkautuu hetkessä suuri energialataus.

Uutta paristoa voi rullata, vääntää, laskostaa tai leikata lukemattomiin muotoihin laitteen toiminnan häiriintymättä. Paperiparistoja voidaan myös pinota kuin paperipinoja ikään, ja yhdistää paristojen voima yhdeksi suureksi energiamääräksi.

"Se on pohjimmiltaan tavallinen paperin palanen, mutta se on valmistettu erittäin älykkäällä tavalla", Robert Linhardt kertoo. Hän on toinen artikkelin pääkirjoittajista. Linhardt työskentelee Rensselaerin biokatalyysin ja aineenvaihdunnan konetekniikan osaston professorina. "Me emme laita ainoastaan palasia yhteen, vaan uusi paristo on itsenäinen muihin materiaaleihin yhdistettävä virtalähde. Osaset ovat molekyylitasolla kosketuksissa toisiinsa, hiilinanoputki-tuloste on upotettu paperin sisään ja elektrolyytit ovat lionneet paperiin. Lopputulos on laite, joka näyttää, tuntuu ja painaa saman verran kuin tavallinen paperi."

Paperinohuessa patterissa ei ole nestettä, joten se ei voi pakastua tai haihtua. Valmistuksessa on käytetty nestemäisiä ioneja, erikoisesti nestemäistä suolaa, pariston elektrolyyttejä. Valmistusmenetelmä antaa mahdollisuuden käyttää paristoa äärimmäisissä olosuhteissa, tutkijat vakuuttavat.

Kannettavissa laitteissa paperinohut paristo antaa uusia mahdollisuuksia käyttää elektroniikkaa autoissa, lentokoneissa ja jopa veneissä. Lisäksi paristo voidaan muotoilla eri tavoin, esimerkiksi auton oven mukaiseksi. "Kaiken kukkuraksi paperiparisto on ympäristöystävällinen, koska se sisältää samoja ainesosia kuin paperi, eikä siinä ole lainkaan myrkyllisiä kemikaaleja", vanhempi tutkija Victor Pushparaj iloitsee.

Materiaali on käyttökelpoinen ihmisen kehoon asennettavissa laitteissa. Paperipatterissa ei ole elektrolyyttejä ja laitteen toiminta voi jopa aktivoitua ihmiskehon eritteistä, kuten hiestä, verestä tai virtsasta. Keksintömme on suunnannäyttäjä ei-kemikaaleihin perustuvien paristojen kehittelyssä, tutkijat arvioivat. Lisäksi paperiparistot ovat edullisia yksittäin valmistettuina. Tässä vaiheessa massatuotantomenetelmä vielä puuttuu. Uuden keksinnön ansiosta paristoja voidaan sananmukaisesti printata. Paperiparistosta toivotaan yhtä vaihtoehtoa etsittäessä energiapihejä tulevaisuuden paristoja. Teollisuudessa etsitään herkeämättä yhä pienempiä ja kevyempiä energialähteitä.

Uusi keksintö on suojattu patentilla. Tutkimusryhmä etsii parhaillaan paperipariston käytön tehostamismuotoja erilaisissa laitteissa.

(Radion tiedeuutiset, Proceedings of the National Academy of Sciences)

Lähde: http://www.yle.fi/teema/tiedeuutiset/uutinen.shtml?id=12109