Forskere har funnet opp et "batteri" som lades fra fuktighet i luften

Et team av forskere fra College of Design and Engineering ved National University of Singapore (NUS) har utviklet en ultratynn enhet for å generere elektrisitet ved hjelp av fuktighet fra luft (MEG). Den er laget av et tynt lag stoff som er ca 0,3 mm tykt, havsalt, karbonblekk og en spesiell vannabsorberende gel. Dette teknologiske gjennombruddet ble publisert i den trykte versjonen av det vitenskapelige tidsskriftet Advanced Materials 26. mai 2022. Ved å bruke havsalt som en miljøvennlig fuktighetsabsorberende, gir dette stofflignende "batteriet" en høyere elektrisk effekt enn et vanlig AA-batteri. Den kan potensielt brukes til å drive hverdagselektronikk.

Konseptet med MEG-enheter er basert på ulike materialers evne til å generere elektrisitet ved å samhandle med fuktighet i luften. Dette området er av interesse på grunn av dets potensial til å brukes til å drive en rekke enheter, inkludert personlig elektronikk, elektroniske hudsensorer og informasjonslagringsenheter.

Hovedproblemene med moderne MEG-teknologier er vannmetning av enheten under påvirkning av miljøfuktighet og utilfredsstillende elektriske egenskaper. Det vil si at den elektriske energien som produseres av slike enheter ikke er bærekraftig, og den er heller ikke tilstrekkelig til å drive enhetene.

For å overvinne disse utfordringene utviklet et forskerteam ledet av førsteamanuensis Tan Swee Ching fra CDEs avdeling for materialvitenskap og ingeniørfag en ny MEG-enhet som inneholder to regioner med forskjellige egenskaper. NUS-teamets MEG-enhet består av et tynt lag vev belagt med karbonnanopartikler. I sin studie brukte teamet kommersielt tilgjengelig tremasse og polyesterstoff.

Det "våte" området av vevet er dekket med en hygroskopisk ionisk hydrogel. Takket være bruken av havsalt kan en spesiell vannabsorberende gel absorbere seks ganger sin opprinnelige vekt av fuktighet. Det er han som er ansvarlig for å samle opp fuktighet fra luften. Det "tørre" området på stoffet på motsatt side inneholder ikke et hygroskopisk lag. Dette er nødvendig slik at absorpsjonen av vann ble begrenset til det "våte" området.

Energien genereres når sjøsaltionene separeres ved å absorbere vann i det "våte" området. Frie ioner med positiv ladning (kationer) absorberes av karbonnanopartikler, som har negativ ladning. Dette forårsaker endringer på overflaten av stoffet, og skaper et elektrisk felt på det. Disse endringene lar også vevet lagre energi for senere bruk.

Ved å bruke en kombinasjon av "våte" og "tørre" områder på stoffet er det mulig å sikre et høyt fuktighetsinnhold i førstnevnte og lavt fuktighetsinnhold i sistnevnte. Dette gjør at elektrisk effekt kan opprettholdes selv når det "våte" området er mettet med vann. Etter at "batteriet" ble stående i et åpent, fuktig miljø i 30 dager, ble fuktigheten fortsatt holdt på det "våte" området, noe som demonstrerer enhetens effektivitet når det gjelder å opprettholde elektrisk kraft.

Singapore-teamets design viste også høy fleksibilitet og var i stand til å tåle vridning, rulling og bøyning. Forskerne demonstrerte fleksibiliteten til "batteriet" ved å brette det sammen til en origami-kran, noe som ikke påvirket ytelsen. MEG-enheten kan allerede være anvendelig på grunn av enkel skalering og kommersielt tilgjengelige råvarer.

"Etter å ha absorbert vann kan et enkelt 1,5x2 cm stykke energigenererende stoff gi opptil 0,7V i over 150 timer i et konstant miljø.", sa Dr. Zhang Yaoxing fra forskerteamet.

NUS-teamet demonstrerte også skalerbarheten til deres nye energienhet for ulike applikasjoner. NUS-teamet koblet sammen tre deler av dette "stoffet" og plasserte dem i en 3D-printet kasse på størrelse med et standard AA-batteri. Spenningen til den sammensatte enheten var 1,96 V.

Skalerbarheten til NUS-oppfinnelsen, bekvemmeligheten av å skaffe kommersielt tilgjengelige råvarer og de lave produksjonskostnadene gjør denne oppfinnelsen egnet for masseproduksjon. Forskerne har allerede søkt om patent og planlegger å utforske potensielle kommersialiseringsstrategier for virkelige applikasjoner.

Les også:

• Det nye materialet vil tillate roboter å føle berøring
• Intel vs AMD: TOP 10 beste PC-prosessorer

Du kan hjelpe Ukraina med å kjempe mot de russiske inntrengerne. Den beste måten å gjøre dette på er å donere midler til Ukrainas væpnede styrker gjennom Redd livet eller via den offisielle siden NBU.