gray snake photography

Most a jövő akkumulátor-technológiái felé mutatják az utat.


Mivel a világ nagy mennyiségű hordozható energia iránti igénye egyre nagyobb ütemben növekszik, számos újító igyekezett a jelenlegi akkumulátortechnológiát valami jobbal helyettesíteni. Alessandro Volta olasz fizikus az alapvető elektrokémiai elveket használta fel, amikor 1800-ban feltalálta az első akkumulátort. Lényegében két különböző anyag, általában fémek fizikai összekapcsolása olyan kémiai reakciót vált ki, amelynek eredményeként elektronok áramlanak át az egyik anyagból a másikba. Az elektronok áramlása hordozható energiát jelent, amelyet áramtermelésre lehet felhasználni. Az első anyagok, amelyeket az emberek akkumulátorok készítésére használtak, a réz és a cink voltak. A mai legjobb akkumulátorok - amelyek a lehető legkisebb méretben a legnagyobb elektromos teljesítményt nyújtják - a lítium fémet párosítják a különböző fémvegyületek egyikével.

Az évszázadok során folyamatos fejlesztések történtek, de a modern akkumulátorok ugyanazzal a stratégiával dolgoznak, mint Volta: olyan anyagokat kell párosítani, amelyek képesek elektrokémiai reakciót létrehozni, és elkapni a keletkező elektronokat. De még mielőtt az ember által készített akkumulátorok elkezdtek volna elektromos áramot termelni, az elektromos halak, például a Földközi-tenger sósvízi torpedóhalai (Torpedo torpedo) és különösen Dél-Amerika különböző édesvízi elektromos angolnafajai (Gymnotiformes rend) jól ismerték, hogy elképesztő méretű elektromos teljesítményt produkálnak. Valójában az elektromos halak inspirálták Volta eredeti kutatásait, amelyek végül az akkumulátorához vezettek, és az akkumulátorokkal foglalkozó mai tudósok még mindig ezekből az elektromossággal teli állatokból merítenek ötleteket. Volta akkumulátora előtt az emberek csak úgy tudtak áramot termelni, hogy különböző anyagokat - jellemzően selymet üveghez dörzsöltek - egymáshoz dörzsöltek, és az így keletkező statikus elektromosságot befogták.

Ez nem volt sem egyszerű, sem praktikus módja a hasznos elektromos energia előállításának. Volta tudta, hogy az elektromos halaknak van egy olyan belső szervük, amely kifejezetten az áramtermelésre szolgál. Arra gondolt, hogy ha sikerül utánoznia ennek működését, akkor talán képes lesz újszerű módot találni az áramtermelésre. A halak elektromos szerve hosszú sejtkötegekből áll, amelyek nagyon hasonlítanak egy pénzérmékből álló tekercsre. Volta ezért különböző anyagokból készült lapokból érmeszerű korongokat vágott ki, és elkezdte őket különböző sorrendben egymásra rakosgatni, hogy lássa, talál-e olyan kombinációt, amely elektromos áramot termel. Ezek az egymásra helyezési kísérletek mindaddig negatív eredményeket hoztak, amíg ki nem próbálta a rézkorongokat cinkkorongokkal párosítani, miközben az egymásra helyezett párokat sós vízzel nedvesített papírkorongokkal választotta el egymástól. Ez a réz-cink-papír sorrend szerencsésen termelt áramot, és az elektromos teljesítmény arányos volt a halom magasságával.

Volta azt hitte, hogy felfedezte az angolna áramtermelésének titkát, és hogy tulajdonképpen a halak elektromos szervének mesterséges változatát állította elő, ezért felfedezését kezdetben mesterséges elektromos szervnek nevezte. De ez nem így volt. A tudósok ma már tudják, hogy az eltérő anyagok közötti elektrokémiai reakcióknak, amelyeket Volta fedezett fel, semmi közük ahhoz, ahogyan az elektromos angolna termeli az elektromosságot. Az angolna inkább egy olyan megközelítést alkalmaz, amely hasonló ahhoz, ahogyan az idegsejtjeink generálják az elektromos jeleket, de sokkal nagyobb léptékben. Az angolna elektromos szervében lévő speciális sejtek ionokat pumpálnak át egy félig áteresztő membránon, hogy elektromos töltéskülönbséget hozzanak létre a membrán belső és külső része között. Amikor a membránban lévő mikroszkopikus kapuk megnyílnak, az ionok gyors áramlása a membrán egyik oldaláról a másikra elektromos áramot generál. Az angolna képes az összes membránkaput egyidejűleg, tetszés szerint kinyitni, hogy hatalmas elektromos lökést generáljon, amelyet célzottan szabadít rá zsákmányára.

Az elektromos angolnák nem sokkolják halálra a zsákmányukat, csak elektromosan elkábítják azt, mielőtt támadnának. Az angolna több száz voltos elektromosságot képes előállítani (a háztartási konnektorok 110 voltosak), de az angolna feszültsége nem ad elég áramot (áramerősséget) ahhoz, hogy elég hosszú ideig ölni tudjon. Az angolna minden egyes elektromos impulzusa csak néhány ezredmásodpercig tart, és kevesebb mint 1 ampert ad le. Ez a háztartási áramerősségnek mindössze 5%-a. Ez hasonló ahhoz, ahogyan az elektromos kerítések működnek: nagyon rövid, nagyfeszültségű elektromos impulzusokat adnak le, de nagyon alacsony áramerősséggel. Így sokkolják, de nem ölik meg a medvéket vagy más állati betolakodókat, amelyek megpróbálnak átjutni rajtuk. Hasonlít a modern Taser elektrosokkfegyverhez is, amely rendkívül nagyfeszültségű (kb. 50 000 volt) impulzus gyors leadásával működik, amely nagyon alacsony áramerősséget (mindössze néhány milliamper) biztosít.

Volta-hoz hasonlóan néhány modern elektrotechnikai tudós, aki az akkumulátortechnológia átalakítását keresi, az elektromos angolnában találja meg az inspirációt. Egy amerikai és svájci tudóscsoport jelenleg egy új típusú akkumulátoron dolgozik, amelyet az angolna ihletett. Elképzeléseik szerint puha és rugalmas akkumulátoruk egy napon hasznos lehet orvosi implantátumok és puha robotok belső áramellátására. 2019-ben a Smithsonian Intézet tudósai bejelentették, hogy felfedeztek egy új dél-amerikai elektromos angolnafajt, ez a faj nevezetesen a Föld legerősebb ismert bioáram-termelője. A kutatók egyetlen angolna 860 voltos elektromos kisülését regisztrálták, ami jóval meghaladja a korábbi rekordot tartó angolnafaj, az Electrophorus electricus 650 voltos elektromos kisülését, és 200-szor nagyobb, mint egy lítium-ion akkumulátor csúcsfeszültsége (4,2 volt). Miközben mi, emberek megpróbálunk gratulálni magunknak legújabb hordozható energiaforrásunk nagyságához, az elektromos angolnák továbbra is alázatra késztetnek bennünket a sajátjukkal.

(Forrás: BigThink)

A figyelmetekbe ajánljuk