Töltse fel a telefonját egy kis sétával!

Egyszerre termeli és tárolja az energiát a cipőtalpba épített öntöltős gombelem, amellyel a világon elsőként sikerült megvalósítani, hogy köztes fázis nélkül egy készülékben lehessen a mozgási energiát kémiaivá alakítani.

Az energia hasznosítására eddig két berendezés volt szükséges: az egyik elektromossággá alakította a mozgásból, hőből, nyomásból kinyerhető energiát, a másik pedig az elektromosságot kémiai energiává alakítva tárolta. Az atlantai Georgia Műszaki Egyetem és a Kínai Tudományos Akadémia kutatóinak öntöltős elemével kiküszöbölhető az a veszteség, amelyet a többszörös átalakítás okoz.

A Nano Letters folyóiratban publikált tanulmányuk szerint egy hagyományos lítiumion gombelemben kicserélték a két elektróda közötti polietilén elválasztót egy PVDF (polivinilidén-fluorid) filmre. A PVDF olyan kristályos fluorpolimer, amely jó mechanikai, termikus, valamint villamos- és vegyi szigetelő tulajdonságokkal rendelkezik.

Emellett képes töltést generálni nyomás hatására, ezért választották a kísérlethez. A lényegében passzív elválasztó réteg immár aktív, piezoelektromosságot termelő egységgé vált a gombelemen belül. Vagyis ez indítja be a lítiumionok vándorlását a katódtól az anódhoz - a töltés előállításához így nincs szükség külső áramforrásra. Ha megszűnik a nyomás, az ionok visszavándorolnak, és újraindulhat a folyamat.

A nyomásra töltődő elem alkatrészei a Georgia Műszaki Egyetem kutatója, Csung Lin Vang (Zhong Lin Wang) kezében

Az ismétlődő nyomás elérése érdekében a különleges gombelemet egy edzőcipő talpára rögzítették a kutatók, mivel séta közben elegendő kompressziós energia keletkezik a töltéshez. Amennyiben az összenyomás 2,3 hertzes gyakorisággal ismétlődik, az eszközben a feszültség négy perc alatt 327 millivoltról 395 millivoltra nő. Ez hat és félszerese annak, mint amit akkor mértek, amikor a PVDF piezoelektromos generátort és a lítiumion elemet hagyományos polietilén elválasztóval működtették.

Vagyis hat és félszer hatékonyabb az eljárás, ha a mechanikai energiából közvetlen módon állítanak elő kémiai energiát, mint az eddig alkalmazott kétlépcsős technológiában. Az öntöltős elem 1,5 volt feszültségig fokozható, azaz közel az idő, amikor kisebb elemes készülékek (telefon, vérnyomásmérő, hallókészülék, zseblámpa) elemét egy rövid sétával fel tudjuk tölteni. Amennyiben a fejlesztés sorozatgyártásba kerül, helyettesítheti a hagyományos tölthető elemeket. Minden szárazelem veszélyes hulladéknak számít, ezért nem szabad a szokványos háztartási szemétbe dobni. A külön gyűjtött elemekből kiválóan újrahasznosítható a vas, a cink, a mangán, de a lítium is.

A kísérleti gombelem felépítése