Superkondensaatoreid on vaja elektrienergia salvestamiseks, et kogutud energia vajalikul hetkel suure hulgana taas vabastada. Milano ja Tartu Ülikooli teadlaste koostöös valminud imetillukese superkondensaatori läbimõõt on 10 mikromeetrit ehk see on enam kui kümme korda õhem kui üks tugevam juuksekarv. Samas talub superkondensaator pinget üle 1,5 V, mida on tavaliselt vaja enamlevinud elektroonikaseadmete käitamiseks.

Projekt sai teoks Milano Ülikooli professori Paolo Milani töörühma ja Tartu Ülikooli materjaliteadlaste koostöös. Tartu Ülikoolist mängis võtmerolli materjalide keemia kaasprofessor Kaija Põhako-Esko, kelle igapäevase teadustöö üks põhisuundi on ioonsete vedelike väljatöötamine. Viimastel aastatel on ta sealjuures keskendunud eelkõige bioühilduvusele ja biolagunemisele.

Milano Ülikooli teadlased on aga välja töötanud eritehnoloogia üliõhukeste elektroodide printimiseks (ingl supersonic cluster beam deposition). See võimaldab väga täpselt sadestada kontrollitud suurusega metalli- või söeosakesi soovitud kohtadesse, et valmistada väga õhukesi ja ühtlaseid katteid.

"Tartus olime teada saanud, kuidas polümeeride ja ioonsete vedelike segu kile moodustamiseks aluspinnale pihustada. Itaalias tunti elektroodide printimise tehnoloogiat. Nüüd oli küsimus, kas neid teadmisi kokku pannes õnnestub valmistada superkondensaator," rääkis Põhako-Esko.

Printimiseks vajalikuks aluspinnaks võeti tselluloosatsetaadist õhuke leht. Sellele prinditi kihthaaval vaheldumisi söeelektroodid ning neid eraldav tselluloosist ja ioonsest vedelikust ionogeel. Seadmes elektrolüüdi rolli täitva ioonse vedelikuna kasutati koliinlaktaati. Selle toatemperatuuril vedela soola katiooniks on koliin. Sama biomolekul on oluline näiteks rakumembraanide ülesehitamisel ja seda leidub ka B-vitamiini koostises. Aniooniks on aga piimhappest tuntud laktaat. Seega on mõlemad ioonid looduslikku päritolu ning nii bioühilduvad, biolagunevad kui ka vees lahustuvad.

Prinditava superkondensaatori valmistamine on paljuski võrreldav kujutise tekitamisega paberile tindiprinteri abil. Suurema erinevusena tuleb kondensaatori puhul tuleb teadlastel esmalt leida ka sobivad materjalid "paberi" ja "trükitindi" tegemiseks.

"Materjalitehnoloogiliselt ongi huvitav just see, kuidas komponendid koos tööle hakkavad. Õige materjalikombinatsiooni leidmine nõuab palju katsetamist. Kõik materjalid ei sobi omavahel ja printimistehnoloogia ei ole kõigiga ühtviisi rakendatav. Näiteks tekivad lahustuvuse probleemid, lahuste viskoossus ei sobi printimiseks või vajalikud kihid ei püsi koos," kirjeldas Põhako-Esko teadlaste ees seisvaid keerdküsimusi.

Kirjeldatud eksperimendiga tõestasid teadlased, et täielikult biolaguneva ja ka painduva superkondensaatori printimine on üleüldse võimalik. Edasiste uuringutega on vaja kindlaks teha, milline on selle tööiga ja täieliku lagunemise aeg.

Kui tehnoloogia saab ühel päeval kasutusküpseks, võib sel olla helgeid väljavaateid näiteks meditsiiniliste implantaatide arendamisel ja mitmesugustes keskkonnaseireseadmetes. Taolisi biolagunevaid kondensaatoreid saaks kasutada juhul, kui need peavad töötama vaid kindla ajavahemiku ja seade peaks ka hiljem ohutult lagunema.

Töörühm kirjeldas superkondensaatorit ajakirjas Advanced Functional Materials ilmunud töös.