Oamenii de știință au inventat o „baterie” care se încarcă din umiditatea din aer

O echipă de cercetători de la Colegiul de Design și Inginerie de la Universitatea Națională din Singapore (NUS) a dezvoltat un dispozitiv ultra-subțire pentru a genera electricitate folosind umiditatea din aer (MEG). Este realizat dintr-un strat subțire de material textil de aproximativ 0,3 mm grosime, sare de mare, cerneală de carbon și un gel special care absoarbe apă. Această descoperire tehnologică a fost publicată în versiunea tipărită a revistei științifice Materiale avansate 26 mai 2022. Folosind sare de mare ca absorbant de umiditate ecologic, această „baterie” asemănătoare țesăturii oferă o putere electrică mai mare decât o baterie AA obișnuită. Poate fi folosit pentru a alimenta electronicele de zi cu zi.

Conceptul de dispozitive MEG se bazează pe capacitatea diferitelor materiale de a genera electricitate prin interacțiunea cu umiditatea din aer. Această zonă este de interes datorită potențialului său de a fi utilizată pentru a alimenta o mare varietate de dispozitive, inclusiv electronice personale, senzori electronici pentru piele și dispozitive de stocare a informațiilor.

Principalele probleme ale tehnologiilor moderne MEG sunt saturația cu apă a dispozitivului sub influența umidității mediului și caracteristicile electrice nesatisfăcătoare. Adică energia electrică produsă de astfel de dispozitive nu este durabilă și nici nu este suficientă pentru alimentarea dispozitivelor.

Pentru a depăși aceste provocări, o echipă de cercetare condusă de profesorul asociat Tan Swee Ching de la Departamentul de Știința și Inginerie a Materialelor al CDE a dezvoltat un nou dispozitiv MEG care conține două regiuni cu proprietăți diferite. Dispozitivul MEG al echipei NUS constă dintr-un strat subțire de țesut acoperit cu nanoparticule de carbon. În studiul lor, echipa a folosit pulpă de lemn disponibilă în comerț și țesătură din poliester.

Zona „umedă” a țesutului este acoperită cu un hidrogel ionic higroscopic. Datorită utilizării sării de mare, un gel special care absoarbe apa poate absorbi de șase ori greutatea sa inițială de umiditate. El este responsabil pentru colectarea umezelii din aer. Zona „uscata” a țesutului opus nu conține un strat higroscopic. Acest lucru este necesar pentru ca absorbția apei să fie limitată la zona „umedă”.

Energia este generată atunci când ionii de sare de mare sunt separați prin absorbția apei în regiunea „umedă”. Ionii liberi cu sarcină pozitivă (cationi) sunt absorbiți de nanoparticulele de carbon, care au o sarcină negativă. Acest lucru provoacă modificări pe suprafața țesăturii, creând un câmp electric pe aceasta. Aceste modificări permit, de asemenea, țesutului să stocheze energie pentru o utilizare ulterioară.

Prin utilizarea unei combinații de zone „umede” și „uscate” pe țesătură, este posibil să se asigure un conținut ridicat de umiditate în prima și un conținut scăzut de umiditate în cea din urmă. Acest lucru permite menținerea ieșirii electrice chiar și atunci când zona „umedă” este saturată cu apă. După ce „bateria” a fost lăsată într-un mediu deschis, umed timp de 30 de zile, umiditatea a fost încă reținută în zona „umedă”, demonstrând eficacitatea dispozitivului în menținerea puterii electrice.

Designul echipei din Singapore a demonstrat, de asemenea, o flexibilitate ridicată și a fost capabil să reziste la răsucire, rulare și îndoire. Cercetătorii au demonstrat flexibilitatea „bateriei” prin plierea acesteia într-o macara origami, ceea ce nu i-a afectat performanța. Dispozitivul MEG poate fi deja aplicabil datorită ușurinței de scalare și a materiilor prime disponibile comercial.

„După absorbția apei, o singură bucată de țesătură generatoare de energie de 1,5 x 2 cm poate furniza până la 0,7 V timp de peste 150 de ore într-un mediu constant.”, a spus dr. Zhang Yaoxing al echipei de cercetare.

De asemenea, echipa NUS a demonstrat cu succes scalabilitatea noului lor dispozitiv energetic pentru diverse aplicații. Echipa NUS a conectat trei bucăți din această „țesătură” și le-a plasat într-o carcasă imprimată 3D de dimensiunea unei baterii AA standard. Tensiunea dispozitivului asamblat a fost de 1,96 V.

Scalabilitatea invenției NUS, comoditatea de a obține materii prime disponibile comercial și costul scăzut de fabricație fac ca această invenție să fie potrivită pentru producția de masă. Cercetătorii au solicitat deja un brevet și intenționează să exploreze potențiale strategii de comercializare pentru aplicații din lumea reală.

Citeste si:

• Noul material va permite roboților să simtă atingerea
• Intel vs AMD: TOP 10 Cele mai bune procesoare PC

Poți ajuta Ucraina să lupte împotriva invadatorilor ruși. Cel mai bun mod de a face acest lucru este să donați fonduri Forțelor Armate ale Ucrainei prin intermediul Salveaza viata sau prin pagina oficiala NBU.