Ja ir kāds materiāls, kas mūs nepārtraukti ieskauj un no kura izvairīties nav iespējams, tad tā ir plastmasa. Neatkarīgi no tā, vai tas ir labi vai slikti, plastmasa tiek izmantota gandrīz visam, un mēs to esam tik ļoti pārmērīgi lietojuši
Tomēr ne visas plastmasas ir vienādas – viena īpaši nozīmīga tika atklāta pagājušā gadsimta astoņdesmitajos gados: poli(3,4-etilēndioksitiofēns), ko saīsināti dēvē par PEDOT. Šis materiāls ir unikāls, jo, lai gan tam ir ierobežojumi, tas spēj vadīt elektrību. Tomēr UCLA pētniekiem ir izdevies izmantot PEDOT, lai izveidotu kondensatoru, kas potenciāli var būtiski ietekmēt enerģijas uzglabāšanu un pārvadi.
PEDOT – plastmasa ar neparastām īpašībām
Plastmasu tradicionāli izmanto lietās, kur nepieciešama elektriskā izolācija, piemēram, lādētāju un kontaktdakšu pārklājumos. Tomēr 20. gadsimta 80. gados tika atklāts, ka ir iespējams izveidot polimēru, kas vada elektrību. Vēl svarīgāk – tas var darboties parastos apstākļos, jo gaiss un mitrums tam nekaitē.
Šī īpašība padarīja PEDOT par vērtīgu materiālu dažādām ierīcēm, tostarp OLED ekrāniem, skārienjutīgiem paneļiem, elektrografiskiem komponentiem, sensoriem, elastīgām elektro vadošām plēvēm un elastīgiem saules paneļiem. To pat izmanto tādos novatoriskos risinājumos kā enerģiju uzkrājoši ķieģeļi vai elektrību ražojošas grīdas.
Lielākais izaicinājums – enerģijas uzglabāšana
PEDOT spēj labi vadīt elektrību, taču tā lielākais trūkums ir tas, ka tas nav efektīvs enerģijas uzglabāšanā, jo tā virsmas laukums nav pietiekami liels, lai uzkrātu ievērojamu enerģijas daudzumu. Tādēļ līdz šim tas tika izmantots tikai nelielās ierīcēs – piemēram, ar PEDOT ķieģeļiem varēja iedegt LED gaismu, kas patērē minimālu elektroenerģiju, taču tam nebija pietiekamas jaudas lielākiem lietojumiem. Tomēr, ja PEDOT jau ir revolucionizējis plastmasas pielietojumu, kāpēc gan neiet vēl soli tālāk?
SuperPEDOT – jaunais atklājums. Uz šo jautājumu mēģināja atbildēt Kalifornijas Universitātes ķīmiķi, kuri izstrādāja metodi, kā kontrolēt PEDOT nano šķiedru augšanu, lai tās ne tikai vadītu elektrību, bet arī spētu uzglabāt enerģiju. Šo jauno procesu viņi nosauca par nano šķiedru augšanu tvaika fāzē, un rezultātā šķiedras izplešas vertikāli.
Lai labāk iztēlotos šo struktūru, var iedomāties zāliena segumu – šāds izvietojums būtiski palielina materiāla virsmas laukumu, tādējādi uzlabojot tā spēju uzglabāt enerģiju. Šī struktūra tika iegūta, pievienojot grafīta loksnei šķidrumu, kas saturēja grafēna oksīdu un dzelzs hlorīda nano daļiņas. Pakļaujot šo maisījumu tvaika iedarbībai, veidojās vertikāla polimēra struktūra.
Plastmasas akumulators – jauns solis uz priekšu
PEDOT virsmas laukuma palielināšana ļāva “būtiski uzlabot tā kapacitāti, lai radītu superkondensatoru,” skaidro Hahers El-Kadi, šī projekta galvenais pētnieks. Bet kāpēc tas ir tik svarīgi? Galvenais mērķis ir attīstīt efektīvākas enerģijas uzglabāšanas sistēmas, kas palīdzētu risināt atjaunojamo enerģijas avotu uzglabāšanas izaicinājumus – problēmu, kas skar arī tādus lielus spēlētājus kā Ķīna.
PEDOT nano šķiedru pielietojums. SuperPEDOT lielākais ieguvums ir spēja uzkrāt elektrisko lādiņu uz savas virsmas un to ātri atbrīvot. Tas nozīmē, ka šo materiālu var uzlādēt un izlādēt daudz ātrāk nekā parasto bateriju, kas padara to par ideālu risinājumu gadījumos, kur nepieciešama strauja enerģijas uzlāde un izlāde.
Viens vienkāršs pielietojuma piemērs ir fotokameras zibspuldze, tomēr vēl nozīmīgāka ir tā loma elektrisko transportlīdzekļu enerģētiskajā pārejā – konkrētāk, reģeneratīvajās bremzēšanas sistēmās. Parastās baterijas uzkrāj un atbrīvo enerģiju, izmantojot lēnas ķīmiskās reakcijas, savukārt PEDOT superkondensatori spēj ātri absorbēt un izmantot enerģiju, kas rodas bremzēšanas laikā, tādējādi efektīvāk darbinot transportlīdzekli.
Lasi vēl: Ieteikums kā atbrīvoties no sviedru traipiem uz apģērba ar saudzīgu un ekoloģisku metodi
Daudz sološas perspektīvas
Pētnieku komanda norāda, ka šī jaunā materiāla elektrovadītspēja ir 100 reizes lielāka nekā citiem komerciāliem PEDOT produktiem, bet tā virsmas laukums ir četras reizes lielāks, kas ļauj to izmantot kā superkondensatoru. Turklāt tas ir ārkārtīgi izturīgs, jo var izturēt vairāk nekā 70 000 uzlādes ciklu, padarot to par daudz sološāku risinājumu salīdzinājumā ar tradicionālajiem materiāliem, kuriem laika gaitā samazinās efektivitāte.
UCLA pētnieki uzskata, ka “PEDOT ar grafēnu var būtiski veicināt superkondensatoru izmantošanu enerģētikas nozarē”, taču nepieciešami papildu pētījumi, lai pilnībā apstiprinātu tā īpašības un potenciālu. Jāņem vērā, ka šie superkondensatori neaizstās baterijas, bet drīzāk papildinās tās situācijās, kur nepieciešama ļoti ātra enerģijas uzlāde un izlāde.
Lai gan baterijas joprojām ir galvenais komerciālais enerģijas uzglabāšanas risinājums, īpaši elektromobiļu nozarē, vadītāju tehnoloģija piedāvā jaunas iespējas. Viens no interesantākajiem nākotnes risinājumiem ir MIT inženieru izstrādātā ideja – pārvērst ceļu segumus par super kondensatoriem, kas varētu efektīvi uzkrāt un izmantot enerģiju.
