Wetenschappers maken accu die in half uur grotendeels oplost in water

Wetenschappers van de Iowa State University hebben een accu ontwikkeld op basis van een polymeer die grotendeels oplost als deze in het water terechtkomt. De accu is onderdeel van onderzoek naar wat de onderzoekers 'vergankelijke elektronica' noemen.

De vergankelijke lithium-ion-accu is opgebouwd uit acht lagen, waaronder de anode, de kathode en de scheiding van de elektrolyt. Dit geheel is op zijn beurt weer gewikkeld in twee lagen van de polymeer polyvinylalcohol, die oplosbaar is in water. Het prototype is 1mm dik en meet 5 bij 6 millimeter.

Groot is de capaciteit niet: het gaat om een 2,5V-accu die een rekenmachine een kwartier lang van stroom kan voorzien. Volgens onderzoeksleider Reza Montazami is het de eerste vergankelijke accu die stabiel op deze manier werkt en die alle componenten, structuur en elektrochemische reacties heeft van commercieel verkrijgbare accu's.

Wel tekent hij aan dat het onderdeel niet volledig oplost in water. Eenmaal ondergedompeld zet de behuizing van de polymeer op en worden de elektrodes afgebroken, maar nanodeeltjes blijven intact en verspreiden zich simpelweg in de vloeistof. Het hele proces zou zo'n dertig minuten duren. Volgens Montazami zijn op deze manier accu's te ontwikkelen met grotere capaciteit, maar zou het langer duren voor die in water oplossen.

"In tegenstelling tot conventionele elektronica die ontwikkeld wordt om voor langere periodes te functioneren, is de voornaamste eigenschap van vergankelijke elektronica dat deze gedurende een korte en voorafbepaalde periode werkt en zich vervolgens snel en in het ideale geval compleet vernietigt", schrijven de onderzoekers. Ze publiceren hun werk in het Journal of Polymer Science, Part B: Polymer Physics.

Vergankelijke elektronica zou toegepast kunnen worden door het leger om geheimen uit handen van de vijand te houden, voor sensors die kunnen wegspoelen in de regen en voor medische toepassingen.

Reacties (24)

[aadje93]

*compleet vernietigd* nou.... Beter kun je stellen het water millieu ernstig vervuilen met niet (biologisch) afbreekbare deeltjes....

[Zoop]

Ja dat vroeg ik me ook af toen ik het zat te lezen (oplossen betekent niet dat de giftige stoffen weg zijn, moedigt dit vervuiling juist niet aan?), pas toen ze toelichtte dat het toepasbaar is om electronica bijvoorbeeld geheim te houden, vind ik het ineens een stuk minder spannend. Het heeft dus een erg specifieke functie dat voor de gemiddelde consument waarschijnlijk niet interessant zal zijn.

[Reactie gewijzigd door Zoop op 24 juli 2024 08:34]

[taeke18]

Dit hoeft niet perse.

De ontwikkeling in polymeren (plastics) komt verder en verder in het biologisch afbreekbaar worden bij normale omstandigheden.
Zo wordt er momenteel steeds meer plastic geproduceerd vanuit PLA (poly lactonzuur) en PHA ( poly hydroxyalkanoaten).

Waarbij PLA afbreekt in de natuur bij 60graden, dus nog niet ideaal. echter is bijvoorbeeld PHA af te breken tot onder de 0 graden Celsius. Zolang bacteriën blijven leven zal dit afgebroken kunnen worden.

Om dan meteen terug te koppelen op dit artikel; als de anodes steeds verder ontwikkeld kunnen worden en er kan een vervangend afbreekbaar polymeer komen, dan zullen we grote vooruitgang kunnen boeken.

Zolang het een er niet is zal de ander niet komen. Dus nu is het struikelblok een biologisch afbreekbare anode, dan zal het onderzoek hier mee bezig gaan of kijken naar al bekende alternatieven.

Edit: typo

[Reactie gewijzigd door taeke18 op 24 juli 2024 08:34]

[DeerDitch]

Waarbij PLA afbreekt in de natuur bij 60graden, dus nog niet ideaal. echter is bijvoorbeeld PHA af te breken tot onder de 0 graden Celsius. Zolang bacteriën blijven leven zal dit afgebroken kunnen worden.

Kan ik ook eindelijk eens reageren op iets waar ik dagelijks mee bezig ben...

PLA (poly lactic acid = polymelkzuur) is - zoals (bijna) ieder ander polymeer - gesynthetiseerd d.m.v. een veresteringsreactie (vandaar ook de algemene naam polyesters). Om PLA te maken wordt lactide gebruikt. Lactide is een dimeer van melkzuur (2 melkzuur moleculen aan elkaar gekoppeld). Bij de synthese worden dus esters gemaakt, dit zijn de koppelingen tussen de melkzuurmoleculen en bestaan uit een enkel zuurstof atoom. Versimpeld is dit de reactie:

Melkzuur-OH + Melkzuur-OH + ... <==> Melkzuur - O - Melkzuur - ... + H2O

De OH groepen van ieder melkzuurmolecuul vormen dus de esterverbindgen waarbij als bijproduct water ontstaat. Deze reactie kan ook de andere kant op lopen (van rechts naar links, waarbij het water een ester "doorknipt" en er weer 2 melkzuurmoleculen ontstaan. Een veresteringreactie is dus een evenwichtsreactie. Om goed PLA te maken moet je het water tijdens de synthese verwijderen.

Dit is dus het gehele idee achter biodegradable polymeren. Voeg er water aan toe en het polymeer valt uiteen in de afzonderlijke componenten (idg melkzuur). Dit hoeft dus niet perse bij 60°C. PLA heeft ook toepassingen in de medische wereld, waar het kan worden gebruikt voor botschroeven, plaatjes, stents, etc. In je lichaam is het volgens mij maar 37°C en daar wordt het ook echt afgebroken (door die 70% water). Het melkzuur wordt dan via natuurlijke weg afgevoerd.

Bovenstaande is versimpeld, bij deze

[taeke18]

De reactie ken ik, ik heb het voorrecht gehad om ook eens PLA te mogen syntetiseren echter is mij destijds geleerd dat PLA nog niet heel makkelijk afbreekt.

Dat PLA zo makkelijk afbrak was mij enigszins niet bekend.

Persoonlijk houd ik meer van PHA door de variabele: HOOCCH2C((CH2)xCH3)OH
Tussen de haakjes is de zijketen. De variabele is hier de lengte van de zijketen wat de fysische eigenschappen beïnvloed waardoor harde polymeren tot zelfs iets als PP mogelijk is om te produceren.

Positieve van het productie process is dat deze door bacteriën gedaan kan worden!

[Zoop]

Ja ok, daar heb je wel een punt. Er wordt echter nu nog geen woord over gerept (en dat zouden ze heus wel doen als dat het geval zou zijn). Op het moment is het alles behalve milieuvriendelijk, maar als dat het ooit wel zou worden, dan zouden dit toch de eerste stappen moeten zijn, dus wat dat betreft heb je zeker gelijk.

[Reactie gewijzigd door Zoop op 24 juli 2024 08:34]

[Fladder80]

Ok helder, maar hoe zit het dan met het elektrolyt? Jij zegt dat het volgende struikelblok de anode is. Maar volgens mij zijn de beste elektrolyten vooralsnog niet bepaald goed biologisch afbreekbaar en lijkt mij dat een veel moeilijkere klus, of zit ik dan verkeerd?

[taeke18]

Natuurlijk heb jij hier het allerbelangrijkste punt. Maar de wetenschap blijft mij keer op keer verbazen wat mogelijk is.

Bijvoorbeeld:

nieuws: Wetenschappers maken vouwbare papieren batterij op basis van bacteriën

http://news.stanford.edu/...minum-ion-battery-033115/

http://smeng.ucsd.edu/supercapacitors/

Zo zie je maar in de bovenstaande artikelen dat er best wel leuke ontwikkeling is. En dit is nog maar pagina 1 van Google, laat staan alle wetenschappelijke artikelen die momenteel gepubliceerd worden.

[Verwijderd]

Het milieu vernietigen Aan de titel te zien leek het mij goed nieuws, niet dus.

[Rho d Berth]

Volgens mij trek jij wel hele zware conclusies uit een heel klein beetje informatie.
Zijn (deze) nano-deeltjes in zichzelf 'ernstig' vervuilend?

[Ossi]

Net als de microplastics in veel verzorgingsproducten.
Ik mag toch hopen dat dit niet grootschalig toegepast gaat worden voor consumenten

[atlaste]

Dat ligt er aan hoe moeilijk het vervolgens weer is om een accu te maken met dat water. Ik weet niet in hoeverre dat zo is in dit geval.

Zie ook: https://decorrespondent.n...ect/955830421238-acc91dcc

[sharkwouter]

Waarom wil je dit eigenlijk? Accu's bevatten over het algemeen geen gevoelige data.

[gjmi]

Je moet het als 1 van de stappen zien.

En het hoeft niet altijd om gevoelige data te gaan. Je kun zo ook bijvoorbeeld sensoren (weer/klimaat) op afgelegen/onbereikbare gebieden neerzetten. Na een tijdje worden ze gewoon opgenomen in de natuur (afbreeksnelheid afstemmen op levensduur electronica). Mocht je er een nieuwe er neer willen zetten, laat je die 'gewoon' uit een vliegtuig vallen.

[Iblies]

En rest van apparatuur? Je kunt weliswaar afval minimaliseren, maar er blijft wel afval achter.

Als je echt milieuvriendelijk wilt doen zijn er leukere opties;
https://en.wikipedia.org/wiki/Lemon_battery

Medische optie lijken me te complex, militaire opties lijken me te beperkt om het grootschalig toe te passen.

Leuk dat het kan, maar structureel toepassen zal waarschijnlijk eerder bij toeval gebeuren.

[gjmi]

Zoals ik al zei. Je moet dit als 1 stap zien. Andere onderdelen kun je ook maken van oplosbaar plastic.

[WhatsappHack]

Het is onderdeel van een apparaat, als je alle sporen van dat apparaat wilt uitwissen; dan moet ook de accu er aan geloven.

[vinkjb]

Dan is de accu wel mooi opgelost in het water maar is het water nu dus ernstig vervuild met spulletje waar we dood aan gaan

[kakanox]

Zou kunnen, hoeft niet. Wij mensen werken ook op elektriciteit en vervuilen onszelf ook niet (ok, indirect)

[Seth_Chaos]

This message will self-dissolve in 30 minutes, if you would please place it in water.

[Reactie gewijzigd door Seth_Chaos op 24 juli 2024 08:34]

[ecolo76]

Ik vind dit een mooie ontwikkeling mits die accu die in half uur grotendeels oplost in water, ook daadwerkelijk op zou lossen. Veel polymeren vallen namelijk uiteindelijk uiteen in nano-plastics welke zeer schadelijk zijn voor organismes, (zeker bij de mens, we staan aan kop van voedsel keten, de deeltjes accumuleren in je lichaam waar ze voor enorme schade kunnen zorgen).
Als de beschreven nano deeltjes in de tekst refereren naar polymeer deeltjes, dan is het te hopen dat dit nooit op grote schaal word ingezet voordat er een oplossing is om het nano-plastic probleem te beteugelen.

[tapkcir]

Onzichtbare vervuiling vinden veel lieden niet erg.

[MHopman]

Dus over een tijdje niet meer met je Tesla door de regen...