Novi rekord brzine jona za brže punjenje baterije
Rekord brzine je oboren korišćenjem nanonauke, što bi moglo da dovede do novog napretka, uključujući poboljšano punjenje baterija, biosensing, meku robotiku i neuromorfno računarstvo.
Naučnici sa Vašingtonskog državnog univerziteta i Nacionalne laboratorije Lorens Berkli otkrili su način da se joni kreću više od deset puta brže u mešovitim organskim jonsko-elektronskim provodnicima. Ovi provodnici kombinuju prednosti jonske signalizacije koju koriste mnogi biološki sistemi, uključujući ljudsko telo, sa elektronskom signalizacijom koju koriste računari.
Novi razvoj, detaljno opisan u časopisu Advanced Materials, ubrzava kretanje jona u ovim provodnicima korišćenjem molekula koji privlače i koncentrišu jone u poseban nanokanal stvarajući vrstu malenog „jonskog superautoputa“.
„Mogućnost da kontrolišemo ove signale koje život koristi sve vreme na način na koji nikada nismo bili u stanju da uradimo je prilično moćna“, rekao je Brajan Kolins, fizičar VSU i stariji autor studije. “Ovo ubrzanje bi takođe moglo imati koristi za skladištenje energije, što bi moglo biti veliki uticaj.”
Ove vrste provodnika imaju veliki potencijal jer omogućavaju kretanje i jona i elektrona odjednom, što je ključno za punjenje baterije i skladištenje energije. Oni takođe pokreću tehnologije koje kombinuju biološke i električne mehanizme, kao što je neuromorfno računarstvo, koje pokušava da imitira misaone obrasce u ljudskom mozgu i nervnom sistemu.
Međutim, tačno kako ovi provodnici koordiniraju kretanje jona i elektrona nije dobro shvaćeno. Kao deo istraživanja za ovu studiju, Kolins i njegove kolege su primetili da se joni kreću unutar provodnika relativno sporo. „Otkrili smo da su joni koji su tekli u redu u provodniku, ali su morali da prođu kroz ovu matricu, kao pacovsko gnezdo cevovoda da bi elektroni tekli. To je usporavalo jone”, rekao je Kolins.
Da bi zaobišli ovaj problem, istraživači su napravili pravi kanal veličine nanometara samo za jone. Zatim su morali da privuku jone na to. Za to su se okrenuli biologiji. Sve žive ćelije, uključujući i one u ljudskom telu, koriste jonske kanale za pomeranje jedinjenja u ćelije i iz njih, tako da je Kolinsov tim koristio sličan mehanizam koji se nalazi u ćelijama: molekule koji vole ili mrze vodu.
Prvo, Collinsov tim je obložio kanal hidrofilnim molekulima koji vole vodu koji su privlačili jone rastvorene u vodi, takođe poznate kao elektrolit. Joni su se zatim kretali veoma brzo kroz kanal – brzinom većom od deset puta većom nego što bi to uradili samo kroz vodu. Kretanje jona predstavljalo je novi svetski rekord za brzinu jona u bilo kom materijalu.
Kao deo svojih istraživanja, tim je napravio senzor koji bi mogao brzo da otkrije hemijsku reakciju u blizini kanala jer bi reakcija otvorila ili zatvorila jonski superautoput stvarajući električni impuls koji bi računar mogao da očita.
Izvor: autotech.news
