Mówi: | dr Amgad Rezk |
Funkcja: | adiunkt w Instytucie Inżynierii Chemicznej |
Firma: | Royal Melbourne Institute of Technology |
Australijscy naukowcy pracują nad wydłużeniem żywotności baterii w smartfonach. Będzie można je użytkować nawet trzy razy dłużej
Ogniwa litowo-jonowe mogą być w urządzeniach mobilnych zastąpione znanym od nieco ponad dekady materiałem MXene. Naukowcy z Melbourne pracują nad technologią, która pomoże usuwać z takiej baterii warstwę rdzy tworzącą się w trakcie użytkowania telefonu. Dzięki temu jej żywotność może być nawet trzykrotnie dłuższa niż dzisiaj. Zdaniem naukowców to znacznie korzystniejszy ze względów środowiskowych i finansowych sposób niż recykling baterii. Liczą na to, że technologią zainteresują się producenci elektroniki i już za kilka lat idea zamieni się w produkt rynkowy.
MXene jest dwuwymiarowym materiałem o strukturze kryształu, odkrytym w 2011 roku. Składa się z metalu i materiału węglowego. Jego struktura może być zarówno jednowarstwowa, jak i wielowarstwowa, a do tego cechuje się właściwościami określanymi jako pośrednie między metalami a materiałami ceramicznymi. Początkowo materiał był badany zwłaszcza pod kątem zastosowań biobójczych, fotokatalitycznych i przeciwnowotworowych, ale możliwości jest znacznie więcej.
– Jest to bardzo mocny materiał, a także silnie przewodzący. Poza tym nadaje się do produkcji masowej. Wraz ze współpracownikami rozpatrywaliśmy ten materiał jako dobry zamiennik baterii litowo-jonowych. W ich przypadku problematyczne są kwestie związane z wydobyciem litu i jego bezpieczeństwem ze względu na jego reaktywność. MXene ma wiele zastosowań, a jednym z nich jest potencjalne zastąpienie baterii lub wykorzystanie go jako składnik baterii – wyjaśnia w wywiadzie dla agencji Newseria Innowacje dr Amgad Rezk, adiunkt w Instytucie Inżynierii Chemicznej Royal Melbourne Institute of Technology.
Samo zastosowanie nowego materiału do budowy baterii nie rozwiąże jednak problemów ich stosunkowo krótkiej żywotności.
– MXene można wytworzyć bardzo łatwo i to samo dotyczy jego produkcji na dużą skalę. Problemem z tym materiałem, podobnie jak z litem, jest ich nietrwałość. Działanie baterii opiera się na powtarzającym się ładowaniu i rozładowywaniu. Za każdym razem ten proces nie jest w stu procentach odwracalny. Materiał nie wraca do stanu pierwotnego, co prowadzi do nagromadzenia się warstwy rdzy czy tlenku, co zawsze było i jest problemem w przypadku baterii – mówi dr Amgad Rezk.
To właśnie ten proces korozji sprawia, że baterie użytkujemy średnio dwa–trzy lata. Nie ma bowiem skutecznej metody na usuwanie warstwy tlenku.
– Jeśli rower zacznie rdzewieć, można użyć płynu antykorozyjnego, aby usunąć rdzę chemicznie, albo wyczyścić ją mechanicznie. Na małą skalę zminiaturyzowanych urządzeń nie ma jednak takiej możliwości, ponieważ materiał jest zbyt cienki. Jeśli użyjemy chemikaliów do usunięcia rdzy, nic z niego nie zostanie, a metoda mechaniczna nie sprawdzi się, ponieważ elementy są zbyt małe. W naszym laboratorium od ponad 15 lat pracujemy nad platformą bazującą na powierzchniowych falach akustycznych, czyli drganiach wysokiej częstotliwości mierzonych w megahercach – bardzo szybkich, ale niesłyszalnych – mówi adiunkt w Instytucie Inżynierii Chemicznej Royal Melbourne Institute of Technology.
W czasie badań okazało się, że poddanie utlenionych warstw MXene na zaledwie jedną minutę drganiom elektromechanicznym o częstotliwości 10 MHz prowadzi do znacznego usunięcia powierzchniowej warstwy tlenku, a materiał zachowuje przy tym swoją strukturę i właściwości. W praktyce taka technologia pozwoliłaby użytkować baterię nawet przez dziewięć lat.
– Odkryliśmy, że dzięki zastosowaniu fal dźwiękowych możemy wprawiać w drgania zawartość baterii, aby pozbyć się warstwy tlenku (rdzy), a wtedy będziemy mogli odzyskać właściwości elektryczne baterii, odmłodzić je, aby przywrócić je do stanu pierwotnego. Nie można tego robić w nieskończoność, ale trzykrotne wykorzystanie części elektrycznych zbudowanych z badanego przez nas materiału MXene baterii jest możliwe – informuje dr Amgad Rezk.
Publikacja na ten temat znalazła się w czasopiśmie „Nature Communications”.
To może być lepsze kosztowo i środowiskowo rozwiązanie niż recykling baterii. Jak podkreśla naukowiec z RMIT University, w Australii tylko 10 proc. baterii z tego typu urządzeń trafia do ponownego przetworzenia, czyli pozostałe 90 proc. stanowi zagrożenie dla środowiska. Do tego wyzwaniem jest także wysoki koszt recyklingu litu i innych materiałów składowych w bateriach.
– Jesteśmy nadal na wczesnym etapie badawczym, na jego temat opublikowaliśmy artykuł w bardzo prestiżowym czasopiśmie „Nature Communications”. Dążymy do nawiązania współpracy z branżą i producentami w sektorze baterii lub innych obszarach związanych z nanomateriałami, ponieważ nasze rozwiązanie jest platformą, która nie występuje pod określoną marką. Nie spodziewamy się, że z dnia na dzień stanie się ona produktem, ale być może będzie to możliwe za dwa–trzy lata, jeśli uda się współpraca z sektorem – mówi dr Amgad Rezk.
Naukowcy liczą, że zainteresowanie ze strony branży się pojawi, ponieważ właściwości baterii są dziś jednym z kluczowych kryteriów wyboru smartfona – od nich bowiem zależy wydajność urządzenia. Pojawia się zresztą coraz więcej wymogów w tym zakresie. W tym roku ma wejść w życie unijne prawo bateryjne, które zakłada, że baterie w urządzeniach elektrycznych i elektronicznych mają pochodzić z recyklingu, być łatwo wymienialne oraz mieć paszport w formie kodu QR, po którego zeskanowaniu będzie można sprawdzić m.in. producenta i datę produkcji, skład chemiczny baterii czy jej szacowaną żywotność.
Czytaj także
- 2024-12-12: 15 proc. Polaków na co dzień korzysta z miejskich rowerów publicznych. To rosnący potencjał dla reklamodawców
- 2024-12-18: Rolnictwo czekają znaczące inwestycje. Bez nich trudno będzie zapewnić żywność 10 mld ludzi
- 2024-12-10: 95 proc. urządzeń do wapowania ma zniknąć z rynku. Tysiąc firm w Polsce będzie się musiało przebranżowić
- 2024-11-27: Tylko co trzecia firma wdraża zasady zrównoważonego rozwoju. Mniejsze przedsiębiorstwa potrzebują wsparcia w tym procesie
- 2024-11-14: Odwożenie dzieci do szkoły samochodem nie bez wpływu na jakość powietrza. Wielu rodziców tylko po to uruchamia auto
- 2024-11-25: Futra z negatywnym wpływem na środowisko na każdym etapie produkcji. Wiąże się z 400-krotnie większym zużyciem wody niż poliestru
- 2024-10-02: Z roku na rok rośnie odsetek Polaków segregujących odpady. Nie zawsze jednak robią to prawidłowo [DEPESZA]
- 2024-10-25: Obrót elektroniką z drugiej ręki sprzyja środowisku. Polacy coraz chętniej sięgają po używane i odnowione smartfony
- 2024-10-02: Polacy na bakier z higieną cyfrową. To przekłada się na zdrowie fizyczne i psychiczne, szczególnie młodych
- 2024-09-27: Zespół Enej: Na Ziemi mamy skrajności – od suszy po ulewę. Martwi nas, jak będzie wyglądał świat naszych dzieci
Kalendarium
Więcej ważnych informacji
Jedynka Newserii
Jedynka Newserii
Infrastruktura
Rekordowy przelew dla Polski z KPO. Część pieniędzy trafi na termomodernizację domów i mieszkań
Przed świętami Bożego Narodzenia do Polski wpłynął największy jak dotąd przelew unijnych pieniędzy – nieco ponad 40 mld zł z Krajowego Planu Odbudowy. Zgodnie z celami UE ponad 44 proc. tych środków zostanie przeznaczona na transformację energetyczną, w tym m.in. termomodernizację domów i mieszkań czy wymianę źródeł ciepła. Od początku tego roku na ten cel trafiło 3,75 mld zł z KPO, które sfinansowały program Czyste Powietrze.
Prawo
W lutym zmiana na stanowisku Europejskiego Rzecznika Praw Obywatelskich. Co roku trafia do niego kilka tysięcy spraw związanych z instytucjami unijnymi
W ubiegłym tygodniu Parlament Europejski wybrał Portugalkę Teresę Anjinho na stanowisko Europejskiego Rzecznika Praw Obywatelskich. Ombudsman przyjmuje i rozpatruje skargi dotyczące przypadków niewłaściwego administrowania przez instytucje unijne lub inne organy UE. Tylko w 2023 roku pomógł ponad 17,5 tys. osobom i rozpatrzył niemal 2,4 tys. skarg.
Problemy społeczne
Przeciętny Polak spędza w sieci ponad trzy godziny dziennie. Tylko 11 proc. podejmuje próby ograniczenia tego czasu
Polacy średnio spędzają w internecie ponad trzy godziny dziennie. Jednocześnie, według badania na temat higieny cyfrowej, jedynie 14 proc. respondentów kontroluje swój czas ekranowy, a co piąty ogranicza liczbę powiadomień w telefonie czy komputerze. Nadmierne korzystanie z ekranów może wpływać na zaniedbywanie obowiązków i relacji z innymi, a także obniżenie nastroju i samooceny. Kampania Fundacji Orange „Nie przescrolluj życia” zwraca uwagę na potrzebę dbania o higienę cyfrową. Szczególnie okres świątecznego wypoczynku sprzyja takiej refleksji.
Partner serwisu
Szkolenia
Akademia Newserii
Akademia Newserii to projekt, w ramach którego najlepsi polscy dziennikarze biznesowi, giełdowi oraz lifestylowi, a także szkoleniowcy z wieloletnim doświadczeniem dzielą się swoją wiedzą nt. pracy z mediami.