Сучасні роботи давно здатні виконувати безліч складних завдань. Але одна з головних проблем в робототехніці - джерело живлення, яке здатне забезпечити тривалу автономну роботу. Американські вчені розробили дешеві нетоксичні цинкові батареї для живлення роботів нового покоління. За їхніми оцінками, ця технологія може забезпечити роботів майбутнього потужністю, яка в 72 рази перевищує сучасну.
Сучасні акумулятори, які використовуються в робототехніці, займають близько 20% простору всередині робота і додають не менше 20% до загальної ваги. Команда вчених з Мічиганського університету під керівництвом професора хімічного машинобудування Ніколаса Котова розробила нову систему біоморфних батарей, яка є не тільки джерелом живлення, а й служить структурним елементом конструкції.
Розроблені вченими елементи живлення виготовлені на основі цинку, покриті кевларом для захисту корпусу від зовнішнього впливу та перевершують літій-іонні акумулятори в три рази по щільності енергії. В ході серії експериментів вченим вдалося звільнити 20% простору всередині робота, яке зазвичай використовуються для розміщення акумуляторних блоків, і це тільки перший крок на шляху до комерціалізації нової технології.
«За нашими оцінками, роботи могли б стати у 72 рази потужнішими, якщо їх забезпечити цинковими батареями замість літій-іонних», пояснює Мінцян Ван, один з авторів дослідження.
Цинкові акумулятори пропускають іони гідроксиду між цинковим електродом та повітряним катодом через мембрану, зроблену з арамідного нановолокна. Цей матеріал має високий рівень стресостійкості та часто використовується військовими при виготовленні кевларових бронежилетів. Розроблена батарея виявилася значно міцніше та ефективніше більш популярних аналогів, а самі роботи - гнучкими з точки зору збирання, що потенційно розширює їх функціонал. Крім того, подібні акумулятори значно екологічніше літій-іонних у виробництві.
«Жодна структурна батарея, про яку ми чули, не може зрівнятися по щільності енергії з сучасними літієвими акумуляторами. Але ми поліпшили нашу попередню версію конструкційних цинкових батарей по 10 різним параметрам, і деякі з них тепер у 100 разів краще, ніж у літій-іонних аналогів», заявляє Котов.
Більш того, розділовий шар цинкових акумуляторів настільки міцний, що запобігає утворенню дендритів, невеликих наростів металу між електродами, які з'являються в процесі зарядки та розрядки. Однак, в цьому ж місці, проявилася і слабка сторона нової технології - цинкові батареї поступово приходять в непридатність після 100 циклів зарядки-розрядки, на відміну від літій-іонних, які здатні пережити понад 500 циклів.
Зараз вчені працюють над більш досконалою версією цинкових акумуляторів, які будуть здатні витримати більшу кількість циклів зарядки-розрядки, і готуються представити перший прототип батареї для комерційного ринку.
За матеріалами: New Atlas
