Меньше пылинки: ученые создали суперконденсатор с напряжением, как у пальчиковой батарейки

Ученые из Германии разработали самый маленький из существующих микросуперконденсаторов. Размер этого новаторского устройства накопления энергии меньше пылинки, однако с напряжением, как у батареи AAA. Создатели отмечают, что оно не только безопасно для применения в качестве аккумулятора имплантов, но и питается от естественного электролита — человеческой крови.

Об этом сообщает издание newatlas.com.

Ученые, создавшие крошечный суперконденсатор, работают в области нано-суперконденсаторов (nBSC), которые являются обычными конденсаторами, но уменьшенными до субмиллиметрового масштаба. Исследователи стремились создать устройство, которое могло бы безопасно работать в человеческом теле, питая датчики и имплантаты.

Эти устройства известны как биосуперконденсаторы, и самые маленькие из них, разработанные на сегодняшний день, имеют размер более 3 мм кубических. Однако немецкие ученые сделали огромный шаг вперед, продемонстрировав насколько маленькими могут быть биосуперконденсаторы.

Описываемая нами модель имеет конструкцию, состоящую из нескольких полимерных слоев, спрессованых вместе со светочувствительным фоторезистивным материалом, который действует как токоприемник, разделительной мембраной и электродами, сделанными из электропроводящего биосовместимого полимера под названием PEDOT: PSS.

Каждая такая "стопка" размещена на тонкой пластине, подверженной высокому механическому напряжению, которое заставляет различные слои каждой из "стопок" четко раскладываться и складываться заново в нанобиосуперконденсатор объемом 0,001 мм кубических, что меньше, чем пылинка. Эти трубчатые биосуперконденсаторы в 3000 раз меньше, чем разработанные ранее, но с напряжением примерно таким же, как у батареи AAA (хотя и с гораздо меньшим фактическим током).

Разработчики поместили крошечные устройства в физиологический раствор, плазму крови и кровь. Во всех трех средах они продемонстрировали способность успешно накапливать энергию. Биосуперконденсатор оказался особенно эффективным в крови, где он сохранил до 70% своей емкости после 16 ч работы. Другая причина, по которой кровь может быть подходящим "домом" для биосуперконденсатора, это то, что устройство работает с присущими ему окислительно-восстановительными ферментативными реакциями и живыми клетками в растворе, чтобы перегружать свои собственные реакции накопления заряда, повышая его производительность на 40%.

Команда также подвергла устройство воздействию сил, которые оно может испытывать в кровеносных сосудах, — а именно потока и давления. Для этого суперконденсаторы поместили в микрофлюидные каналы (что-то вроде аэродинамической трубы), чтобы проверить их работу. И тест они прошли успешно.

Ученые использовали еще три устройства, соединенных вместе, чтобы управлять крошечным датчиком pH, который можно было поместить в кровеносные сосуды для измерения pH и обнаружения аномалий, указывающих на разного рода заболевания.

Ранее мы сообщали о том, что ученые из университета Райса создали так называемые наноалмазы.