NASA kutatások segítik, hogy az ezüst-cink elem a polcokra kerülhessen

Hajlamosak vagyunk azt gondolni, hogy az új találmányok mindig egységesen születnek, egy euréka pillanatként, ami új történelmet ír. A valóságban ezzel szemben az ilyen esetek nagyon ritkák.

Egy technológia, ami leginkább jó példa erre a hosszú és nehéz folyamatra, az ezüst-cink elem, ami már több mint két évszázada készül. Ma már az elem, ami az összes többi elemnél sokkal több energiát képes tárolni, végre elérte a felhasználói piacot, egy újratölthető hallókészülék elem formájában – de a jövőre nézve a lehetőségei igen fényesek.

A történetet, ami a December 5.-én a NASA Spinoff folyóiratában jelent meg, a fokozatos haladás, gyakori tévutak és az időnkénti áttörések jellemezték – beleért egy igen fontosat a NASA Glenn Kutató Központjában (ma már Lewis Kutató Központ).

A legnagyobb kihívás a ténylegesen használható ezüst-cink elem kifejlesztésében az elektródok, a cella negatív és pozitív elektromos vezetői, jelentették, mivel ezek könnyen feloldódtak és a minőségük is gyorsan csökkent. A problémára a választ egy a két elektródot elválasztó membrán jelentette, amit 1920-ban professzor Henri André alkotott meg és a második világháború alatt az USA katonasága fejlesztett tovább.

A hadsereg a mai napig használja ezeket az egyszer használatos elemeket tengeralattjárók, torpedók és más eszközök működtetéshez. Kezdetekben a NASA is használt ilyen elemeket, de mára a modernebb megoldások kiváltották a szerepét.

Ezzel szemben egy új újratölthető verzióra nagyon is nyitottak voltak, és ennél az elektródok gyors elhasználódása továbbra is problémát jelentett. Az elemnek a teljesítménye néhány lemerítés és feltöltés után lényegesen leromlik és a probléma még súlyosabban jelentkezett a hősterilizálást követően, ami alapkövetelmény a roverek és az űrhajók esetén, hogy megakadályozzák a mikrobák más bolygókra jutását.

Az Apolló Kor vívmányai

Több NASA űrhajónál használtak ezüst-cink elemet, beleértve az Apollo-t is.

Az 1960-as években a NASA kutatói megpróbálták megoldani a problémát, ámde csak kisebb javulást értek el az elemben. Azonban a NASA-n kívüli Douglas Repülőgép Cég Astropower Laboratóriuma egy újszerű kísérleti cellával jött elő, ami egy szervetlen kerámia elválasztást használt. Az ügynökség összeállt a laborral, hogy tovább mozdítsák az ügyet és 1972-re a NASA odáig jutott, hogy az elemet már bizonyítottan a hősterilizálás mellet is 4-500-szor újra lehetett tölteni.

Ez hatalmas előrelépés volt, de ez még így is nagyon messze állt az, akkoriban az űrben használt nikkel-kadmium elemek 10 000-szeres élettartamához képest.

Ezzel szemben az ezüst-cink elem csupán a másik elem harmadát tette ki súlyban, és ez a súlycsökkenés elég volt arra, hogy a NASA sínen tartsa a kutatást. Az 1970-es években a NASA segített egy jobb teljesítményű kémiai technológia és egy olcsóbb és eredményesebb gyártási eljárás kifejlesztésében. Azonban az újratölthető elem csak akkor bírt ki sok újra töltést, ha a töltés előtt csak minimálisan volt lemerülve- a lemerülten töltött elemek sokkal gyorsabban mentek tönkre. Mind ezek miatt a NASA nem is használta túlzottan a technológiát ebben az időben.

De az ezüst-cink elemek továbbra is nagy lehetőséget hordoztak magukban, még a lítium-ionos elemekhez képest is, főleg azokon az alkalmazási területeken ahol különösen fontos, hogy az elem kisméretű legyen.

Egyrészt a lítium-ionos elemek hajlamosak a túlmelegedésre, ami ritka és végzetes esetekben akár ahhoz is vezethet, hogy tűzre kapnak. Ez teljességgel kizárt az ezüst-cink elemeknél, mivel azoknak a kémiája víz alapú. A lítium elemek nagy csomagolást és más alkatrészeket is igényelnek, amik minél kisebb az elem annál nagyobb százalékát teszik ki. Ez mutatja, hogy ez a technológia kevésbé alkalmas kis helyekre.

Az új piac

A tradicionális hallókészülékek egy egyszer használatos, gyakran cink-levegő alapú, elemet használnak. Ennek pedig az a következménye, hogy szinte minden héten cserélni kell őket. Ez az elemek méretéből adódóan nem egyszerű feladat, főleg a készüléket nagyrészt használó idősebb korosztálynak. És legtöbben hogy spóroljanak az elemmel, hosszú időre kikapcsolják a készüléket, ami gyakran kényelmetlen helyzetekhez vezethet.

Ismernek bármilyen más ilyen csúcstechnológiai eszközt, aminél ezt kellene csinálni?” teszi fel a kérdést Ross Dueber a kaliforniai ZPower cég elnöke, ami az újra hasznosítható ezüst-cink elemek értékesítésével foglalkozik. „Ez már szinte hihetetlen a mai világban.

A ZPower az 1990-es években indult és NASA nyilvánosan elérhető kutatási adatait használta ugródeszkának, hogy egy tartósabb és ellenállóbb ezüst-cink elemet fejlesszen ki.

Amit mi a ZPower-nél csináltunk, az az volt, hogy fogtuk a kémiát, amit a NASA a katonasággal együtt fejlesztett ki és átemeltük a kereskedelmi szektorba” magyarázta Dueber.

A cég mind a négy aktív alkatrészen javított: a két elektródán, az elektroliton és az elválasztáson is, ami összesen majdnem 100 új szabadalmat jelentett. Az elemek ezekkel a módosításokkal már akár 1000 újra töltést is kibírnak, anélkül hogy a teljesítményük jelentősen romlana.

A cég még 2013-ban kezdte árulni az újratölthető hallókészülék elemeit és mára már más piacokat is megcélzott.

Most hogy a fókusz a hordható elektronikákra szegeződik, amiknek nagy segítséget jelenthet egy ilyen elem. Úgy látjuk, hogy ez akár új módot alakíthat ki a termékek tervezésében.

A NASA Spinoff hivatalos oldala: https://spinoff.nasa.gov/

Forrás: www.nasa.gov

Szerkesztő: arsratio

Oszd meg

Hozzászólás