Materiał zwany MXene został odkryty w USA w 2011 r. Cały czas jednak badacze na całym świecie pracują nad rozwojem tej technologii. Naukowcy z Australii mają nadzieję, że zastąpi ona baterie litowo-jonowe, które znamy np. ze smartfonów. Swój pomysł na zastosowanie MXene pod tym kątem opisali w prestiżowym czasopiśmie "Nature Communications".
Australia. Naukowcy stworzyli zamiennik dla baterii w smartfonach
MXene jest dwuwymiarowym materiałem o strukturze kryształu. 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.
Zobacz również:
Jak zapewniają naukowcy, nowy materiał jest bardzo mocny i silnie przewodzący oraz nadaje się do produkcji masowej. Można go wykorzystywać jako zamiennik baterii litowo-jonowych, jednak mają one wspólną wadę: niską trwałość. Zarówno MXene, jak i baterie w smartfonach po kilku latach zaczynają się pokrywać warstwą rdzy. Do tej pory remedium na to zjawisko była tylko wymiana baterii.
Okazało się jednak, że, w przeciwieństwie do akumulatorów litowo-jonowych, MXene można "wyczyścić" z warstwy tlenku i tym samym wydłużyć jego żywotność. Baterii, które obecnie stosowane są w smartfonach nie da się wyczyścić chemicznie z rdzy, bo jej wymiary są zbyt małe. Jednak w przypadku MXene zadziałało coś innego.
Zobacz także: Iphone naładuje się tylko gdy będzie miał dostęp do zielonej energii
Bateria zaczyna szwankować? Wyczyść ją z rdzy przy pomocy dźwięku
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. To aż trzy razy dłużej niż żywotność współczesnych baterii.
"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 z Royal Melbourne Institute of Technology w rozmowie z Newseria Biznes.
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.
Badania właściwości materiału MXene trwają też w Polsce. Prowadzą je naukowcy z Politechniki Warszawskiej, Uniwersytetu Warszawskiego oraz uczelni w Krakowie, Poznaniu i Szczecinie. Polacy weryfikują zdolności biobójcze, fotokatalityczne, umacniające, a nawet przeciwnowotworowe wynalazku.
