Учените изобретиха "батерия", която се зарежда от влагата във въздуха

Екип от изследователи от Колежа по дизайн и инженерство към Националния университет на Сингапур (NUS) разработи ултратънко устройство за генериране на електричество, използвайки влага от въздуха (MEG). Изработена е от тънък слой плат с дебелина около 0,3 мм, морска сол, карбоново мастило и специален водопоглъщащ гел. Този технологичен пробив е публикуван в печатната версия на научното списание Разширени материали 26 май 2022 г. Използвайки морска сол като екологично чист абсорбент на влага, тази подобна на плат „батерия“ осигурява по-висока електрическа мощност от обикновена AA батерия. Потенциално може да се използва за захранване на ежедневна електроника.

Концепцията на MEG устройствата се основава на способността на различни материали да генерират електричество чрез взаимодействие с влагата във въздуха. Тази област представлява интерес поради потенциала си да се използва за захранване на голямо разнообразие от устройства, включително персонална електроника, електронни сензори за кожа и устройства за съхранение на информация.

Основните проблеми на съвременните MEG технологии са водонасищането на устройството под въздействието на влажността на околната среда и незадоволителните електрически характеристики. Тоест, електрическата енергия, произведена от такива устройства, не е устойчива, нито е достатъчна за захранване на устройствата.

За да преодолее тези предизвикателства, изследователски екип, ръководен от доцент Tan Swee Ching от катедрата по материалознание и инженерство на CDE, разработи ново MEG устройство, съдържащо два региона с различни свойства. MEG устройството на екипа на NUS се състои от тънък слой тъкан, покрит с въглеродни наночастици. В своето проучване екипът използва налична в търговската мрежа дървесна маса и полиестерна тъкан.

"Мократа" зона на тъканта е покрита с хигроскопичен йонен хидрогел. Благодарение на използването на морска сол, специален водопоглъщащ гел може да абсорбира шест пъти повече от първоначалното тегло на влагата. Именно той е отговорен за събирането на влага от въздуха. "Сухата" зона на противоположната тъкан не съдържа хигроскопичен слой. Това е необходимо, така че абсорбцията на вода да е ограничена до "мократа" зона.

Енергията се генерира, когато йоните на морската сол се отделят чрез абсорбиране на вода в "мокрия" регион. Свободните йони с положителен заряд (катиони) се абсорбират от въглеродни наночастици, които имат отрицателен заряд. Това причинява промени на повърхността на тъканта, създавайки електрическо поле върху нея. Тези промени също позволяват на тъканта да съхранява енергия за по-късна употреба.

Чрез използването на комбинация от "мокри" и "сухи" зони върху тъканта е възможно да се осигури високо съдържание на влага в първите и ниско съдържание на влага във вторите. Това позволява електрическата мощност да се поддържа дори когато "мократа" зона е наситена с вода. След като „батерията“ беше оставена на открито, влажна среда в продължение на 30 дни, влагата все още се задържа в „мократа“ зона, демонстрирайки ефективността на устройството при поддържане на електрическа мощност.

Дизайнът на екипа от Сингапур също демонстрира висока гъвкавост и успя да издържи на усукване, търкаляне и огъване. Изследователите демонстрираха гъвкавостта на „батерията“, като я сгънаха в кран оригами, което не се отрази на нейната работа. Устройството MEG може вече да е приложимо поради лекотата на мащабиране и наличните в търговската мрежа суровини.

„След абсорбиране на вода, едно парче тъкан, генерираща енергия, с размери 1,5x2 см може да осигури до 0,7 V за над 150 часа в постоянна среда“, каза д-р Джан Яосин от изследователския екип.

Екипът на NUS също успешно демонстрира мащабируемостта на своето ново енергийно устройство за различни приложения. Екипът на NUS свърза три части от тази "тъкан" и ги постави в 3D отпечатан калъф с размерите на стандартна AA батерия. Напрежението на сглобеното устройство беше 1,96 V.

Мащабируемостта на изобретението NUS, удобството за получаване на достъпни в търговската мрежа суровини и ниските производствени разходи правят това изобретение подходящо за масово производство. Изследователите вече са кандидатствали за патент и планират да проучат потенциални стратегии за комерсиализация за приложения в реалния свят.

Прочетете също:

• Новият материал ще позволи на роботите да усещат допир
• Intel срещу AMD: ТОП 10 на най-добрите компютърни процесори

Можете да помогнете на Украйна да се бори срещу руските нашественици. Най-добрият начин да направите това е да дарите средства на въоръжените сили на Украйна чрез Savelife или през официалната страница НБУ.