Naučnici su izmislili "bateriju" koja se puni od vlage u vazduhu

Tim istraživača sa Fakulteta za dizajn i inženjering na Nacionalnom univerzitetu u Singapuru (NUS) razvio je ultra-tanak uređaj za proizvodnju električne energije koristeći vlagu iz zraka (MEG). Napravljen je od tankog sloja tkanine debljine oko 0,3 mm, morske soli, karbonske mastila i specijalnog gela koji upija vodu. Ovaj tehnološki napredak objavljen je u štampanoj verziji naučnog časopisa Advanced Materials 26. maja 2022. Koristeći morsku sol kao ekološki prihvatljiv upijač vlage, ova "baterija" nalik na tkaninu pruža veću električnu snagu od obične AA baterije. Potencijalno se može koristiti za napajanje svakodnevne elektronike.

Koncept MEG uređaja zasniva se na sposobnosti različitih materijala da generišu električnu energiju interakcijom sa vlagom u vazduhu. Ovo područje je od interesa zbog svog potencijala da se koristi za napajanje širokog spektra uređaja, uključujući ličnu elektroniku, elektronske senzore kože i uređaje za pohranu informacija.

Glavni problemi savremenih MEG tehnologija su zasićenost uređaja vodom pod uticajem vlažnosti okoline i nezadovoljavajućih električnih karakteristika. Odnosno, električna energija koju proizvode takvi uređaji nije održiva, niti je dovoljna za napajanje uređaja.

Kako bi prevazišao ove izazove, istraživački tim predvođen vanrednim profesorom Tan Swee Chingom iz CDE-ovog Odsjeka za nauku o materijalima i inženjering razvio je novi MEG uređaj koji sadrži dvije regije s različitim svojstvima. MEG uređaj NUS tima sastoji se od tankog sloja tkiva obloženog ugljeničnim nanočesticama. U svojoj studiji, tim je koristio komercijalno dostupnu drvenu celulozu i poliestersku tkaninu.

"Mokro" područje tkiva prekriveno je higroskopnim ionskim hidrogelom. Zahvaljujući upotrebi morske soli, poseban gel koji upija vodu može apsorbirati šest puta veću težinu od svoje originalne vlage. On je taj koji je odgovoran za prikupljanje vlage iz zraka. "Suha" oblast tkiva nasuprot ne sadrži higroskopni sloj. To je neophodno kako bi se apsorpcija vode ograničila na "mokro" područje.

Energija se stvara kada se joni morske soli odvoje apsorbiranjem vode u "vlažnom" području. Slobodne ione s pozitivnim nabojem (kationi) apsorbiraju nanočestice ugljika, koje imaju negativan naboj. To uzrokuje promjene na površini tkanine, stvarajući na njoj električno polje. Ove promjene također omogućavaju tkivu da skladišti energiju za kasniju upotrebu.

Korištenjem kombinacije "mokrih" i "suhih" područja na tkanini, moguće je osigurati visok sadržaj vlage u prvom i nizak sadržaj vlage u drugom. Ovo omogućava održavanje električne snage čak i kada je "mokro" područje zasićeno vodom. Nakon što je "baterija" ostavljena u otvorenom, vlažnom okruženju 30 dana, vlaga je i dalje zadržana u "mokrom" području, što pokazuje efikasnost uređaja u održavanju električne energije.

Dizajn singapurskog tima takođe je pokazao visoku fleksibilnost i bio je u stanju da izdrži uvijanje, kotrljanje i savijanje. Istraživači su demonstrirali fleksibilnost "baterije" tako što su je presavijali u origami dizalicu, što nije uticalo na njene performanse. MEG uređaj je možda već primjenjiv zbog jednostavnosti skaliranja i komercijalno dostupnih sirovina.

"Nakon upijanja vode, jedan komad tkanine za proizvodnju energije veličine 1,5 x 2 cm može osigurati do 0,7 V više od 150 sati u stalnom okruženju", rekao je dr. Zhang Yaoxing iz istraživačkog tima.

NUS tim je također uspješno demonstrirao skalabilnost svog novog energetskog uređaja za različite primjene. Tim NUS-a je spojio tri komada ove "tkanine" i stavio ih u 3D odštampano kućište veličine standardne AA baterije. Napon montiranog uređaja bio je 1,96 V.

Skalabilnost NUS izuma, pogodnost dobijanja komercijalno dostupnih sirovina i niski troškovi proizvodnje čine ovaj izum pogodnim za masovnu proizvodnju. Istraživači su se već prijavili za patent i planiraju da istraže potencijalne strategije komercijalizacije za primjene u stvarnom svijetu.

Pročitajte također:

• Novi materijal će omogućiti robotima da osjete dodir
• Intel vs AMD: TOP 10 najboljih PC procesora

Možete pomoći Ukrajini u borbi protiv ruskih osvajača. Najbolji način da to učinite je da donirate sredstva Oružanim snagama Ukrajine putem Savelife ili preko službene stranice NBU.