Im Jahr 1799 war der italienische Physiker Alessandro Volt von dem "Volt Heap" fasziniert, der aus Zink und Kupfer bestand, die in Armen gestapelt waren. Die beiden wurden durch Sole getrennt. Dieser "Volt Heap" ist die Welt Die erste Art von elektrochemischer Zelle, aber die Designbasis von Volta kommt von der uralten Sache - dem elektrischen Körper.
Elektrischer Aal ist eine Art von Süßwasserfischen, die durch spezialisiertes Muskelgewebe entladen werden können.Ihre Körperlänge kann bis zu zwei Meter erreichen, und die Länge der Entladungsorgane kann bis zu 80% der Körperlänge erreichen.Es gibt Tausende von Entladungsorganen. Spezialisierte Muskelzellen, "Entladungskörper" genannt. Jeder Entladungskörper erzeugt nur eine geringe Spannung, aber wenn Tausende von Entladungskörpern zusammengebaut werden, können sie bis zu 600 Volt erzeugen, genug, um eine Person niederzuschlagen, oder sogar Ein Pferd: Der elektrische Entladungsmechanismus gab Volta die Inspiration für die Erfindung der Batterie und machte ihn zu einer Berühmtheit des 19. Jahrhunderts.
Nach zwei Jahrhunderten ist die Batterie unser täglicher Bedarf geworden, aber auch heute noch begeistern die elektrischen Becken Wissenschaftler: An der Universität Fribourg in der Schweiz hat das Forscherteam um Michael Meyer eine Art elektrooptisches Gerät erfunden. Eine neue Art flexibler Batterie für Entladungsorgane Diese Art von Batterie besteht aus verschiedenfarbigen Gelblöcken und ist in einer langen Reihe angeordnet wie ein elektrischer Entladungskörper Wenn Sie die Batterie starten möchten, müssen Sie nur diese Gelblöcke zusammenstapeln.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Batterien ist dieser neue Batterietyp sehr flexibel und flexibel und kann in Robotern der nächsten Generation verwendet werden.Außerdem können, da die in Batterien verwendeten Materialien mit unseren Körpern kompatibel sind, die Entwicklung von Herzschrittmachern der nächsten Generation, Prothetik, gefördert werden. Und das Potenzial von medizinischen Implantaten: Stellen Sie sich Kontaktlinsen vor, die Elektrizität erzeugen können, oder Herzschrittmacher, die mit Flüssigkeiten und Salz in unserem Körper arbeiten können.Alle diese Produkte können durch Elektrizität inspiriert sein.
Um diese unverwechselbare Batterie zu entwickeln, begannen die Forscher Tom Schroder und Anne Guhaha, das Arbeitsprinzip des elektrischen Entladungskörpers zu verstehen, der in langen Streifen mit flüssigkeitsgefüllten Zwischenräumen gestapelt ist. - Es ist wie das Stapeln von Pfannkuchen mit Honig oder Sirup: Wenn der Wasserkocher ruht, pumpt jeder Entladungskörper positive Ionen von der Vorder- und Rückseite und erzeugt zwei entgegengesetzte Spannungen, die sich gegenseitig aufheben.
Wenn jedoch erforderlich, wird der hintere Körper über die Entlastung gedreht werden kann, wobei die Pumpe in der entgegengesetzten Richtung positive Ionen beginnt, eine winzige Spannung in der Zelle gebildet wird. Der Punkt ist, dass das gesamte Auslaßteil zugleich gedreht werden kann, können sie kleine Spannung hinzuzufügen, habe eine starke Kraft. Es ist, als wenn der Schwanz des Zitteraals tausende solcher Zellen aufweist, wobei der Halbpunkt zu der ‚falschen‘ Richtung, die elektrischen Aale, aber sie können immer auf die ‚richtige‘ Richtung eingestellt werden, so dass sie ausgerichtet sind und ausgetragen ein solcher Grad der Spezialisierung ist einfach undenkbar.
Schroeder und seine Kollegen wollten zunächst das gesamte Entladungsorgan im Labor nachahmen, stellten aber schnell fest, dass dies zu kompliziert war, und überlegten sich, dass sie viele Membranen stapeln würden, um die Stapelform des Entladungskörpers zu imitieren - Feinmembranmaterialien sind jedoch in Tausenden von Größenordnungen schwierig zu betreiben.Wenn eine Membran reißt, wird die gesamte Zelle versagen.
Schließlich wählten die Forscher eine einfachere Lösung, bei der ein Gelblock zwischen zwei getrennten Substraten verwendet wurde: Das rote Gel enthält Salzwasser und das blaue Gel enthält frisches Wasser, die Ionen fließen vom roten Gel zur blauen Koagulation. Gum, aber aufgrund des Abstandes der Substrate kann ein solcher Fluss nicht stattfinden.Zu diesem Zeitpunkt sind grüne und gelbe Gele auf dem anderen Substrat angeordnet, das diesem Substrat entspricht, da sie die Lücke zwischen den blauen und roten Gelen überbrücken. Kann einen Kanal für die Ionenbewegung bereitstellen.
Der Vorteil dieses Designs ist, dass der grüne Gelblock nur positive Ionen passieren lässt, während der gelbe Gelblock nur negative Ionen durchlässt, dh positive Ionen können nur von einer Seite in das blaue Gel und nur von negativen Ionen in die Gele fließen Die andere Seite fließt hinein. Dies erzeugt eine Spannung auf dem blauen Gel, genau wie ein Entladungskörper.Außerdem kann, wie die Entladung eines "kooperativen" Entladungskörpers, jeder Gelblock nur eine geringe Spannung erzeugen, aber Tausende Wenn Gelblöcke in einer Reihe angeordnet sind, können sie bis zu 110 Volt erzeugen.
Der Entladungskörper der Batterie entlädt sich erst, nachdem er Signale vom Nervensystem empfangen hat, aber im Schroeder et al.-Design ist das Auslösen des Gelausstoßes viel einfacher - Sie müssen nur die zwei Gruppen des Geldruckes drücken Komm zusammen.
Wenn diese Gele auf einem großen Substrat platziert werden, werden sie sehr schwierig zu verwenden sein.Um dieses Problem zu lösen, hat der Ingenieur der Universität von Michigan, Max Stein, eine clevere Lösung vorgeschlagen - Origami.Verwendung ähnlich der Faltung von Sonnenkollektoren. Er entwarf in der speziellen Faltmethode des Satelliten eine Faltplatte, die es ermöglicht, die Gele in der richtigen Reihenfolge und Farbe zu kontaktieren, so dass das Forschungsteam auf engstem Raum die gleiche Leistung erbringen kann. , Nur Kontaktlinsen sind so groß, vielleicht eines Tages können Sie tragbare Anwendungen erreichen.
Gegenwärtig erfordern solche Batterien auch ein aktives Laden.Wenn sie einmal aktiviert sind, können sie mehrere Stunden Leistung bereitstellen, bis die Ionenpegel zwischen verschiedenen Gelen ein Gleichgewicht erreichen.An diesem Punkt müssen sie wieder aufgeladen werden, und das Gel wird mit Stromin hohen Salzgehalt zurückgeführt. Salzarme alternative Zustände Schroeder wies jedoch darauf hin, dass unser Körper kontinuierlich Körperflüssigkeiten mit unterschiedlichen Ionenkonzentrationen ergänzen kann, und eines Tages könnten wir diese Reserven nutzen, um Batterien zu entwickeln.
Im Wesentlichen stellt dies den menschlichen Körper näher an Elektrizität dar. Obwohl die Möglichkeit der Elektroporation anderer Menschen gering ist, kann die Verwendung des Ionengradienten in unserem Körper Energie für einige kleine medizinische Implantate liefern. Natürlich ist es noch ein weiter Weg, um dieses Ziel zu erreichen.
