Teknologi

Ny dansk opfindelse kan bane vej for fremtidens elbilbatterier

Danske forskere har bygget verdens mindste turbine af ét enkelt molekyle. Opfindelsen kan på længere sigt få betydning for batterier i elbiler.

batteri
Illustration af den molekylære turbine.
Peter Engels RymingTekst afPeter Engels Ryming

Et internationalt forskerhold med danske forskere i spidsen har udviklet en maskine, der er så ufatteligt lille, at den kun består af ét enkelt molekyle. Alligevel kan den arbejde som en rigtig maskine. Den kan dreje rundt, skifte retning og regulere hastigheden. Og det hele styres med elektrisk strøm.

Forskerne kalder den verdens mindste turbine. Den måler blot en milliontedel af en millimeter, og opfindelsen er netop blevet offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift Nature.

– Når vi sender en ganske lille elektrisk strøm gennem molekylet, begynder det at dreje rundt. Det særlige er, at vi kan få det til at rotere kontinuerligt, styre rotationsretningen og endda styre hastigheden. Det er ikke set før, fortæller professor Per Hedegård fra Niels Bohr Institutet på Københavns Universitet.

Artiklen fortsætter efter annoncen

En 2.000 år gammel opfindelse i miniature

Maskinen bygger på samme idé som arkimedesskruen, der siden oldtiden har været brugt til at løfte vand fra ét niveau til et andet. Her har forskerne blot erstattet den store mekaniske skrue med et spiralformet molekyle, som er placeret mellem to mikroskopiske guldelektroder.

Når elektroner strømmer gennem molekylet, påvirker de det, så det begynder at rotere. Bytter forskerne rundt på strømretningen, drejer molekylet den modsatte vej.

Og så kommer det virkelig interessante. Når molekylet begynder at rotere frit, kan det lede op til 100 gange så meget strøm som før. Det viser målingerne fra forsøget, som forskerne forklarer med, at rotationen gør det lettere for elektronerne at passere gennem molekylet.

Dermed har de ikke bare skabt en ekstremt lille motor. De har demonstreret et helt nyt princip for, hvordan mekanisk bevægelse og elektrisk strøm kan påvirke hinanden.

Artiklen fortsætter efter annoncen

batteri
Figur fra forskningsartiklen, som illustrerer en klassisk arkimedesskrue (venstre) og den molekylære maskine (højre). Kurverne nedenunder viser, hvordan den elektriske strøm ændrer sig i takt med molekylets rotation.

Kan ende i fremtidens batterier og mikrochips

Og hvad skal vi så bruge en nærmest usynlig turbine til? Det er her, perspektiverne bliver interessante. Forskerne forestiller sig, at teknologien på længere sigt kan bruges til at bygge bittesmå pumper, som transporterer væsker gennem mikroskopiske kanaler. Det kunne eksempelvis blive nyttigt i medicinsk udstyr, hvor laboratorieanalyser foregår på mikrochips.

Også fremtidens batterier, energilagring og elektronik kan potentielt få glæde af maskiner, der kan styre bevægelse helt nede på molekyleniveau.

Indtil videre virker den lille turbine dog kun under ekstremt kontrollerede laboratorieforhold ved temperaturer tæt på det absolutte nulpunkt – altså omkring minus 273 grader. Der er derfor langt fra dagens videnskabelige gennembrud til en teknologi, der kan bruges i vores hverdag. Næste udfordring bliver at få lignende maskiner til at fungere ved almindelig stuetemperatur.

Lykkes det, kan vi i fremtiden måske bygge elektronik, hvor de mindste mekaniske dele ikke længere fremstilles af metal eller silicium, men af enkelte molekyler.

Artiklen fortsætter efter annoncen

– Det store perspektiv er, at vi mennesker på makroskopisk niveau nu får nogle knapper at trykke på, der får mikroskopiske ting til at ske, siger professor Michael Pittelkow fra Kemisk Institut på Københavns Universitet.

Det begyndte med en sprunget sikring

MERE OM SAMME EMNE:

Historien bag opfindelsen er næsten lige så bemærkelsesværdig som selve maskinen. For mere end 15 år siden begyndte Per Hedegård at spekulere over, hvad der egentlig sker i de allersidste øjeblikke, inden en elektrisk sikring springer. På det tidspunkt er metaltråden så tæt på at briste, at ganske få atomer kan være tilbage til at transportere strømmen.

Kunne man mon udnytte den energi, som strømmen tilfører atomerne, til noget nyttigt i stedet for blot at ødelægge forbindelsen? Det spørgsmål blev begyndelsen på et mangeårigt internationalt forskningsprojekt, hvor kemikere og fysikere blandt andet fra Danmark, Israel, Tyskland, Kina og Indien har arbejdet sammen. Se Københavns Universitets video af den molekylære turbine.

Tak fordi du læser med. Synes du, artiklen var værd at læse? Giv den et like, så hjælper du andre læsere med at finde den. Levede den ikke op til dine forventninger, må du også gerne give den et dislike. Tak for din vurdering.

ANDRE LÆSERE ANBEFALER

Artikler med flest Likes de seneste syv dage.

LÆS OGSÅ