nanomesh van 0,05 micrometer, bron: imec/Energyville

Nanotechnologie: hoe een voetbalveld in een blikje frisdrank onze toekomst kan veranderen

Onderzoekers van imec en de KU Leuven (Energyville) zijn erin geslaagd om een superklein materiaal te ontwikkelen dat een groot verschil kan maken in de energieproductie. Met deze ontwikkeling kunnen batterijen  meer energie opslaan. Katalysatoren en brandstofcellen kunnen meer schone energie opwekken.

De nanotechnologie, de wereld van het hyperkleine, beheerst ons leven al decennia. De zoektocht naar steeds fijnere en kleinere materialen en informatiedragers leidt tot steeds krachtigere en compacte slimme toestellen zoals de smartphone. Onderzoekers van kennisinstellingen imec en KU Leuven hebben in die nanowereld van miljoensten van een millimeter de grens verlegd. Ze zijn er in geslaagd om van aluminium en koper een structuur te maken die zo dun is als een duizendste van een haar (0,05 micrometer).

Geen record, maar toch

Nu draaien nanowetenschappers hun hand niet om voor een duizendste van een haar. Een echt record is dit niet. Het bijzondere aan deze ontwikkeling is dat deze fijne structuur vrij stevig is “Je kan superkleine structuren maken, maar die zijn meestal heel broos. Je kan er met andere woorden weinig mee aanvangen,” zegt Philippe Vereecken van imec, “Bovendien is deze structuur, de ‘nanomesh’, vrij gemakkelijk te produceren.”

links: nanoschuim, midden: de nanomesh, rechts: koolstof-stof bron:Stanislaw Zankowski imec/Energyville

Een blikje frisdrank

Je kan de 'nanomesh' vergelijken met een driedimensionaal rooster van kippengaas. En net als kippengaas gaat het om geleidend materiaal of een elektrode. Als je de oppervlakte van al die horizontale en verticale beentjes van het rooster optelt kom je tot een enorm getal. “Een nanomesh met een oppervlakte van een voetbalveld kan in een frisdrankblikje,” verduidelijkt Philippe Vereecken.

Een nanomesh met een oppervlakte van een voetbalveld kan in een frisdrankblik

Philippe Vereecken, Stanislaw Zankowski, imec

Maar de grootste troef is dat het om een zeer doorlaatbare, poreuze structuur gaat, zoals ook op de foto is te zien. “De nanomesh van daarnet vult het hele blikje. Maar de structuur is zo luchtig dat er nog 75 procent lucht in het blikje zit. Je kunt er heel snel een stof door laten lopen en door aanraking met het materiaal transformeren tot een andere stof.”

(lees verder onder de video)

Het omzetten van water in waterstof, de nanomesh in het midden produceert meer dan de controlestalen, links: nikkelschuim, rechts een koolstof-'cloth', bron: Stanislaw Zankowski imec, Energyville

Wanneer je bijvoorbeeld elektriciteit en water door het nanomateriaal laat lopen kan je water omzetten tot waterstof. “Het voordeel van deze poreuze structuur is dat je meer waterstof dan normaal kan produceren. We kunnen ook meer energie stockeren in een batterij bijvoorbeeld. Net als het omzetten van waterstof in stroom.”
Batterijen kunnen met de 'mesh' meer energie opslaan, betere katalysatoren en brandstofcellen kunnen meer energie produceren. Momenteel is de 'nanomesh' gedeeltelijk gepatenteerd. Een paar  andere patentaanvragen zijn nog in behandeling.

Weer waterstof

Vorige maand kwam de KU Leuven nog in het nieuws door de ontwikkeling van een speciaal zonnepaneel dat waterstof uit de lucht haalt. Heeft deze ontwikkeling daar iets mee te maken?
Niet echt, zegt Jan Rongé, één van de onderzoekers van het waterstofpaneel, “Onze ontwikkeling haalt waterstof uit de lucht. De 'nanomesh' haalt waterstof uit water.”
Toch nog wat anders, maar met de groeiende vraag naar en de nood aan een klimaatneutrale economie komen deze twee ontwikkelingen niet geheel ongelegen.