Hunter
Parányi energiaforrások nagy lehetőségekkel
Bár sok ember még csak nem is hallott róla, a mikroméretű eszközök - mikroelektromechanikai rendszerek (MEMR) - terjeszkedő birodalma teljes mértékben megváltoztathatja a gyógyászati, a gépjármű- és űrhajózási ipart, csupán egyetlen problémájuk akad. Egyelőre még nem létezik hozzájuk olyan akku, ami amellett, hogy hosszan tartó energiával látná el, bele is férne ezekbe a szerkezetekbe, melyek kisebbek, mint az emberi hajszál átmérője.
Bruce Dunn, a UCLA Henry Samueli Műszaki Iskolájának anyagtudományokkal foglalkozó professzora úgy véli megtalálta a megoldást egy gyökeresen új, a háromdimenziós geometriát alapul vevő könnyű, feltölthető akkuban.
A jelenlegi jóval nagyobb fogyasztói elektromos eszközök, mint a laptopok és a mobil telefonok a hagyományos kétdimenziós akkukat használják, pozitív és negatív elektródák papírlapszerű egymásra halmozásával. Annak érdekében, hogy az akku több energiát kapjon, több elektródaréteget helyeznek egymásra, ezáltal az akku egyre nagyobbá és nehezebbé válik, éppen ezért ez a módszer a MEMR eszközök esetében nem alkalmazható.
A UCLA csapata az elektródalapok kétdimenziós elrendezését háromdimenzióssá változtatná, ahol elektródarudak százait pakolnák egymás mellé, mint palackokat a rekeszben; a rudak századmilliméteresek. Ez a kialakítás kompakttá teszi az akkut és az ionoknak igen kis távolságot kell megtenniük, ami szintén fontos. "Az ionok mozgásának hatékonyabbá tétele kevesebb energiaveszteséget jelent, így tovább tart az energiaforrás" - mondta Dunn.
A csapat most egy nagyjából 5 milliméter nagyságú akkun dolgozik, ami jelentős tervezésbeli kihívásokat jelent. "A meglehetősen jól ismert lítium akkumulátor anyagait használjuk" - magyarázta Dunn. "A nehézséget a szerkezetbe rendezés jelenti."
C.J. Kim professzor, a csapat egyik tagja a mikrogépészeti technikák szakértője. Ő és hallgatói szilíciumdarabkákat használnak fel kötőanyagként. Ebbe a kötőanyagba helyezik bele az elektródákat, hagyják megszilárdulni, így jutnak háromdimenziós elektródaszerkezethez. Az így kapott akkuk elég kicsik a gyógyászatban használt MEMR eszközök zavartalan működtetéséhez, melyek beültetve gyógyszereket juttathatnak a szervezet bizonyos részeire, vagy megvédhetik a beültetett sejteket. Más eszközök automatizálhatják a vér-, a szövet- és sejtelemzéseket, jóval alacsonyabb költségen, mint a jelenlegi technikák.
Bár a jelenlegi fejlesztés a MEMR eszközök energiaellátását célozza, más gyakoribb elektronikai termékekre is hatással lehetnek. Tovább csökkentheti a mobil eszközök és a videokamerák méreteit, nem elhanyagolható tény, hogy a laptopok tömegének 35 százalékát az akku teszi ki. Dunn szerint kell még némi idő, mielőtt a 3D akku betör a fogyasztói piacra, jóslatai szerint erre még öt évet is várhatunk.
Bruce Dunn, a UCLA Henry Samueli Műszaki Iskolájának anyagtudományokkal foglalkozó professzora úgy véli megtalálta a megoldást egy gyökeresen új, a háromdimenziós geometriát alapul vevő könnyű, feltölthető akkuban.
A jelenlegi jóval nagyobb fogyasztói elektromos eszközök, mint a laptopok és a mobil telefonok a hagyományos kétdimenziós akkukat használják, pozitív és negatív elektródák papírlapszerű egymásra halmozásával. Annak érdekében, hogy az akku több energiát kapjon, több elektródaréteget helyeznek egymásra, ezáltal az akku egyre nagyobbá és nehezebbé válik, éppen ezért ez a módszer a MEMR eszközök esetében nem alkalmazható.
A UCLA csapata az elektródalapok kétdimenziós elrendezését háromdimenzióssá változtatná, ahol elektródarudak százait pakolnák egymás mellé, mint palackokat a rekeszben; a rudak századmilliméteresek. Ez a kialakítás kompakttá teszi az akkut és az ionoknak igen kis távolságot kell megtenniük, ami szintén fontos. "Az ionok mozgásának hatékonyabbá tétele kevesebb energiaveszteséget jelent, így tovább tart az energiaforrás" - mondta Dunn.
A csapat most egy nagyjából 5 milliméter nagyságú akkun dolgozik, ami jelentős tervezésbeli kihívásokat jelent. "A meglehetősen jól ismert lítium akkumulátor anyagait használjuk" - magyarázta Dunn. "A nehézséget a szerkezetbe rendezés jelenti."
C.J. Kim professzor, a csapat egyik tagja a mikrogépészeti technikák szakértője. Ő és hallgatói szilíciumdarabkákat használnak fel kötőanyagként. Ebbe a kötőanyagba helyezik bele az elektródákat, hagyják megszilárdulni, így jutnak háromdimenziós elektródaszerkezethez. Az így kapott akkuk elég kicsik a gyógyászatban használt MEMR eszközök zavartalan működtetéséhez, melyek beültetve gyógyszereket juttathatnak a szervezet bizonyos részeire, vagy megvédhetik a beültetett sejteket. Más eszközök automatizálhatják a vér-, a szövet- és sejtelemzéseket, jóval alacsonyabb költségen, mint a jelenlegi technikák.
Bár a jelenlegi fejlesztés a MEMR eszközök energiaellátását célozza, más gyakoribb elektronikai termékekre is hatással lehetnek. Tovább csökkentheti a mobil eszközök és a videokamerák méreteit, nem elhanyagolható tény, hogy a laptopok tömegének 35 százalékát az akku teszi ki. Dunn szerint kell még némi idő, mielőtt a 3D akku betör a fogyasztói piacra, jóslatai szerint erre még öt évet is várhatunk.