Nanotechnologie is in de wereld van onderzoekers en ingenieurs al een jaar of tien een buzzword. Met de regelmaat van de klok worden de resultaten gepubliceerd van onderzoek op de schaal van een nanometer, dat zijn maar een paar atomen op een rijtje. Plaatjes van moleculaire ‘buckybuisjes’ en van bouwwerken die vanzelf ontstaan uit zichzelf assemblerende moleculen sieren van tijd tot tijd de voorpagina’s van wetenschappelijke tijdschriften.
Deze hype is gebaseerd op de verwachting dat er een hele nieuwe wereld openligt als we op nanoschaal tot dezelfde dingen in staat zijn als nu op de schaal van (centi)meters. Met minuscule laboratoria op een enkele microchip kunnen we bijvoorbeeld snel en op locatie milieumetingen en -analyses uitvoeren. Toekomstbeelden van onderzeeërs die door de menselijke bloedbaan varen duiken ook steeds op – in 1966 immers al verfilmd in de Science Fiction film ‘Fantastic Voyage’. En met hele kleine motoren kunnen we moleculaire machines bouwen die… Nou ja, daar komen vast ook wel toepassingen voor.
Ondertussen vragen maar weinigen zich af waar al die kleine micro- en nanomachientjes hun energie vandaan halen. Onderzoekers van de universiteit van Tulsa in de Amerikaanse staat Oklahoma deden dat wel en ontwikkelde een heel klein batterijtje. Nou ja, batterijtje, het is nog geen compleet systeem dat je ergens inplugt en naar believen kunt verwisselen. Maar het is een componentje dat stroom kan leveren, dat is een begin. En op deze kleine schaal is het een van de eerste elektriciteitsvoorzieningen.
De onderzoekers maken de batterijtjes door gesmolten plastic in de holten van een honingraatstructuur uit aluminiumoxide te persen. Het is een hele kleine honingraat: langs de doorsnede van een mensenhaar zouden makkelijk veertig poriën passen. Het plastic (polyethyleenoxide) is het elektroliet dat positieve en negatieve ionen kan geleiden in de richting van de elektroden, die de holten aan beide zijden afsluiten. Deze elektroden zijn vervaardigd uit keramiek- of koolstofdeeltjes.
In feite is iedere kanaaltje in het aluminiumoxide een individuele batterij. Zo’n prototypebatterijtje haalt een spanning van 3,5 volt maar levert nog nauwelijks stroom: ongeveer een miljoenste van een milli-ampère. ‘Je krijgt een zaklamp er niet mee aan het branden’, geeft onderzoeksleider Dale Teeters toe. Hij hoopt dat het wel genoeg is om de microscopische machines van de toekomst aan te drijven.
De microbatterijtjes zijn zo klein dat het nog lastig is er stroom uit te krijgen. De onderzoekers gebruiken een atomaire krachtmicroscoop (AFM; atomic force microscope) om individuele atomen aan de plus- en minzijde aan te raken en zo een elektrische verbinding tot stand te brengen. Of de microbatterij zo ooit toegepast zal kunnen worden is nog maar de vraag. De onderzoekers geven toe nog veel ontwikkeling te moeten stoppen in het ‘hanteerbaar maken’ van de minuscule componentjes en in de vervaardiging van een gemakkelijk te gebruiken batterijsysteem.
_cantilever_in_Scanning_Electron_Microscope,_magnification_3000x.JPG){kind=link}
Dit heeft vertegenwoordigers van grote elektronicaconcerns zoals Sanyo en Panasonic er overigens niet van weerhouden om contact te zoeken met Teeters. Op een conferentie in Parijs in mei van dit jaar spraken ze met de onderzoeker, die inmiddels al had besloten patent aan te vragen. In juli van dit jaar werd de aanvraag gehonoreerd en kwam het Amerikaanse patent 6.586.133 voor de productie van microbatterijen op naam van Teeters en zijn medewerkers Nina Korzhova en Lane Fisher.