Vedci vynašli „batériu“, ktorá sa nabíja z vlhkosti vo vzduchu

Tím výskumníkov z College of Design and Engineering na National University of Singapore (NUS) vyvinul ultratenké zariadenie na výrobu elektriny pomocou vlhkosti zo vzduchu (MEG). Je vyrobený z tenkej vrstvy látky o hrúbke cca 0,3 mm, morskej soli, uhlíkového atramentu a špeciálneho gélu absorbujúceho vodu. Tento technologický prelom bol publikovaný v tlačenej verzii vedeckého časopisu Pokročilé materiály 26. mája 2022. Táto „batéria“ podobná látke, používa morskú soľ ako ekologický absorbent vlhkosti, poskytuje vyšší elektrický výkon ako bežná AA batéria. Môže byť potenciálne použitý na napájanie každodennej elektroniky.

Koncepcia zariadení MEG je založená na schopnosti rôznych materiálov vytvárať elektrickú energiu interakciou s vlhkosťou vo vzduchu. Táto oblasť je zaujímavá z dôvodu jej potenciálu na napájanie širokej škály zariadení vrátane osobnej elektroniky, elektronických kožných senzorov a zariadení na ukladanie informácií.

Hlavným problémom moderných technológií MEG je nasýtenie zariadenia vodou pod vplyvom vlhkosti prostredia a nevyhovujúce elektrické charakteristiky. To znamená, že elektrická energia produkovaná takýmito zariadeniami nie je udržateľná, ani nie je dostatočná na napájanie zariadení.

Na prekonanie týchto výziev vyvinul výskumný tím vedený docentom Tan Swee Chingom z oddelenia materiálovej vedy a inžinierstva CDE nové zariadenie MEG obsahujúce dve oblasti s rôznymi vlastnosťami. Zariadenie MEG tímu NUS pozostáva z tenkej vrstvy tkaniva potiahnutej uhlíkovými nanočasticami. Vo svojej štúdii tím použil komerčne dostupnú drevnú buničinu a polyesterovú tkaninu.

„Mokrá“ oblasť tkaniva je pokrytá hygroskopickým iónovým hydrogélom. Vďaka použitiu morskej soli dokáže špeciálny gél absorbujúci vodu absorbovať šesťnásobok vlhkosti oproti pôvodnej hmotnosti. Je to on, kto je zodpovedný za zhromažďovanie vlhkosti zo vzduchu. „Suchá“ oblasť protiľahlého tkaniva neobsahuje hygroskopickú vrstvu. Je to potrebné, aby sa absorpcia vody obmedzila na "mokrú" oblasť.

Energia sa vytvára, keď sú ióny morskej soli oddelené absorbovaním vody v "mokrej" oblasti. Voľné ióny s kladným nábojom (katióny) sú absorbované uhlíkovými nanočasticami, ktoré majú záporný náboj. To spôsobí zmeny na povrchu látky, čím sa na nej vytvorí elektrické pole. Tieto zmeny tiež umožňujú tkanivu ukladať energiu na neskoršie použitie.

Použitím kombinácie "mokrých" a "suchých" oblastí na tkanine je možné zabezpečiť vysoký obsah vlhkosti v prvej a nízky obsah vlhkosti v druhej. To umožňuje udržiavať elektrický výkon aj vtedy, keď je „mokrá“ oblasť nasýtená vodou. Po ponechaní „batérie“ v otvorenom vlhkom prostredí po dobu 30 dní sa vlhkosť stále zadržiavala v „mokrej“ oblasti, čo demonštruje účinnosť zariadenia pri udržiavaní elektrickej energie.

Dizajn singapurského tímu tiež preukázal vysokú flexibilitu a bol schopný odolať krúteniu, rolovaniu a ohýbaniu. Vedci preukázali flexibilitu „batérie“ zložením do origami žeriavu, čo však neovplyvnilo jej výkon. Zariadenie MEG už môže byť použiteľné kvôli ľahkému škálovaniu a komerčne dostupným surovinám.

"Po absorpcii vody môže jeden kus látky generujúcej energiu s rozmermi 1,5 x 2 cm poskytnúť až 0,7 V na viac ako 150 hodín v konštantnom prostredí.", povedal Dr. Zhang Yaoxing z výskumného tímu.

Tím NUS tiež úspešne demonštroval škálovateľnosť svojho nového energetického zariadenia pre rôzne aplikácie. Tím NUS spojil tri kusy tejto „látky“ a umiestnil ich do 3D-tlačeného puzdra s veľkosťou približne ako štandardná AA batéria. Napätie zostaveného zariadenia bolo 1,96 V.

Škálovateľnosť vynálezu NUS, pohodlnosť získavania komerčne dostupných surovín a nízke výrobné náklady robia tento vynález vhodným pre hromadnú výrobu. Výskumníci už požiadali o patent a plánujú preskúmať potenciálne stratégie komercializácie pre aplikácie v reálnom svete.

Prečítajte si tiež:

• Nový materiál umožní robotom cítiť dotyk
• Intel vs AMD: TOP 10 najlepších PC procesorov

Môžete pomôcť Ukrajine v boji proti ruským útočníkom. Najlepším spôsobom, ako to urobiť, je darovať finančné prostriedky Ozbrojeným silám Ukrajiny prostredníctvom Zachrániť život alebo cez oficiálnu stránku NBU.