Znanstveniki so izumili "baterijo", ki se polni iz vlage v zraku

Skupina raziskovalcev s Visoke šole za oblikovanje in inženiring na Nacionalni univerzi v Singapurju (NUS) je razvila ultra-tanko napravo za proizvodnjo električne energije z uporabo vlage iz zraka (MEG). Narejena je iz tanke plasti blaga debeline približno 0,3 mm, morske soli, karbonskega črnila in posebnega gela, ki absorbira vodo. Ta tehnološki preboj je bil objavljen v tiskani različici znanstvene revije Napredni materiali 26. maj 2022. Z uporabo morske soli kot okolju prijaznega absorbenta vlage ta tkanini podobna "baterija" zagotavlja večjo električno moč kot običajna baterija AA. Lahko se potencialno uporablja za napajanje vsakodnevne elektronike.

Koncept naprav MEG temelji na sposobnosti različnih materialov, da proizvajajo elektriko z interakcijo z vlago v zraku. To področje je zanimivo zaradi njegovega potenciala za uporabo za napajanje najrazličnejših naprav, vključno z osebno elektroniko, elektronskimi kožnimi senzorji in napravami za shranjevanje informacij.

Glavni problemi sodobnih tehnologij MEG so nasičenost naprave z vodo pod vplivom vlažnosti okolja in nezadovoljive električne lastnosti. To pomeni, da električna energija, ki jo proizvajajo takšne naprave, ni trajnostna, niti ne zadostuje za napajanje naprav.

Za premagovanje teh izzivov je raziskovalna skupina, ki jo vodi izredni profesor Tan Swee Ching z oddelka za znanost in inženirstvo materialov CDE, razvila novo napravo MEG, ki vsebuje dve regiji z različnimi lastnostmi. Naprava MEG ekipe NUS je sestavljena iz tanke plasti tkiva, prevlečenega z ogljikovimi nanodelci. V svoji študiji je ekipa uporabila komercialno dostopno lesno celulozo in poliestrsko tkanino.

"Mokro" območje tkiva je prekrito s higroskopskim ionskim hidrogelom. Zahvaljujoč uporabi morske soli lahko poseben gel za vpijanje vode absorbira šestkratno količino vlage od prvotne teže. On je odgovoren za zbiranje vlage iz zraka. "Suho" območje nasprotnega tkiva ne vsebuje higroskopske plasti. To je potrebno, da je absorpcija vode omejena na "mokro" območje.

Energija nastane, ko se ioni morske soli ločijo z absorpcijo vode v "mokrem" območju. Proste ione s pozitivnim nabojem (katione) absorbirajo ogljikovi nanodelci, ki imajo negativen naboj. To povzroči spremembe na površini tkanine in na njej ustvari električno polje. Te spremembe tudi omogočajo tkivu shranjevanje energije za poznejšo uporabo.

S kombinacijo »mokrih« in »suhih« območij na tkanini je mogoče zagotoviti visoko vsebnost vlage pri prvih in nizko vsebnost vlage pri drugih. To omogoča ohranjanje električnega toka tudi, ko je "mokro" območje nasičeno z vodo. Ko je bila "baterija" 30 dni v odprtem, vlažnem okolju, se je v "mokrem" območju še vedno zadrževala vlaga, kar dokazuje učinkovitost naprave pri vzdrževanju električne energije.

Zasnova singapurske ekipe je pokazala tudi visoko prožnost in je bila sposobna prenesti zvijanje, kotaljenje in upogibanje. Raziskovalci so dokazali fleksibilnost "baterije" tako, da so jo zložili v origami žerjav, kar pa ni vplivalo na njeno delovanje. Naprava MEG je morda že uporabna zaradi enostavnosti skaliranja in komercialno dostopnih surovin.

"Po absorbciji vode lahko en sam kos tkanine, ki proizvaja energijo, velikosti 1,5 x 2 cm zagotavlja do 0,7 V več kot 150 ur v nespremenjenem okolju.", je dejal dr. Zhang Yaoxing iz raziskovalne skupine.

Ekipa NUS je tudi uspešno prikazala razširljivost svoje nove energetske naprave za različne aplikacije. Ekipa NUS je povezala tri dele te "tkanine" in jih postavila v 3D-natisnjeno ohišje velikosti standardne baterije AA. Napetost sestavljene naprave je bila 1,96 V.

Razširljivost izuma NUS, priročnost pridobivanja komercialno dostopnih surovin in nizki stroški izdelave naredijo ta izum primeren za množično proizvodnjo. Raziskovalci so že zaprosili za patent in nameravajo raziskati potencialne strategije komercializacije za aplikacije v resničnem svetu.

Preberite tudi:

• Nov material bo robotom omogočal občutek dotika
• Intel proti AMD: TOP 10 najboljših računalniških procesorjev

Lahko pomagate Ukrajini v boju proti ruskim okupatorjem. Najboljši način za to je donacija sredstev oboroženim silam Ukrajine prek Savelife ali preko uradne strani NBU.