Forskere har opfundet et "batteri", der oplades fra fugt i luften

Et team af forskere fra College of Design and Engineering ved National University of Singapore (NUS) har udviklet en ultratynd enhed til at generere elektricitet ved hjælp af fugt fra luft (MEG). Den er lavet af et tyndt lag stof, der er cirka 0,3 mm tykt, havsalt, kulstofblæk og en speciel vandabsorberende gel. Dette teknologiske gennembrud blev offentliggjort i den trykte version af det videnskabelige tidsskrift Advanced Materials 26. maj 2022. Ved at bruge havsalt som et miljøvenligt fugtabsorberende middel giver dette stoflignende "batteri" en højere elektrisk effekt end et almindeligt AA-batteri. Det kan potentielt bruges til at drive hverdagselektronik.

Konceptet med MEG-enheder er baseret på forskellige materialers evne til at generere elektricitet ved at interagere med fugt i luften. Dette område er af interesse på grund af dets potentiale til at blive brugt til at drive en bred vifte af enheder, herunder personlig elektronik, elektroniske hudsensorer og informationslagringsenheder.

Hovedproblemerne ved moderne MEG-teknologier er vandmætning af enheden under påvirkning af miljøfugtighed og utilfredsstillende elektriske egenskaber. Det vil sige, at den elektriske energi, der produceres af sådanne enheder, ikke er bæredygtig, og den er heller ikke tilstrækkelig til at drive enhederne.

For at overvinde disse udfordringer udviklede et forskerhold ledet af lektor Tan Swee Ching fra CDE's Institut for Materialevidenskab og Engineering en ny MEG-enhed, der indeholder to regioner med forskellige egenskaber. NUS-teamets MEG-enhed består af et tyndt lag væv belagt med kulstofnanopartikler. I deres undersøgelse brugte holdet kommercielt tilgængeligt træmasse og polyesterstof.

Det "våde" område af vævet er dækket med en hygroskopisk ionisk hydrogel. Takket være brugen af ​​havsalt kan en speciel vandabsorberende gel absorbere seks gange sin oprindelige vægt af fugt. Det er ham, der er ansvarlig for at opsamle fugt fra luften. Det "tørre" område af stoffet overfor indeholder ikke et hygroskopisk lag. Dette er nødvendigt, så absorptionen af ​​vand var begrænset til det "våde" område.

Energien genereres, når havsaltionerne adskilles ved at absorbere vand i det "våde" område. Frie ioner med positiv ladning (kationer) absorberes af kulstofnanopartikler, som har en negativ ladning. Dette forårsager ændringer på overfladen af ​​stoffet, hvilket skaber et elektrisk felt på det. Disse ændringer gør det også muligt for vævet at lagre energi til senere brug.

Ved at bruge en kombination af "våde" og "tørre" områder på stoffet er det muligt at sikre et højt fugtindhold i førstnævnte og lavt fugtindhold i sidstnævnte. Dette gør det muligt at opretholde elektrisk output, selv når det "våde" område er mættet med vand. Efter at "batteriet" blev efterladt i et åbent, fugtigt miljø i 30 dage, blev fugt stadig tilbageholdt i det "våde" område, hvilket demonstrerer enhedens effektivitet til at opretholde elektrisk strøm.

Singapore-teamets design demonstrerede også høj fleksibilitet og var i stand til at modstå vridning, rulning og bøjning. Forskerne demonstrerede fleksibiliteten af ​​"batteriet" ved at folde det ind i en origami-kran, hvilket ikke påvirkede dets ydeevne. MEG-enheden kan allerede være anvendelig på grund af nem skalering og kommercielt tilgængelige råmaterialer.

"Efter at have absorberet vand kan et enkelt 1,5x2 cm stykke energigenererende stof levere op til 0,7V i over 150 timer i et konstant miljø", sagde Dr. Zhang Yaoxing fra forskerholdet.

NUS-teamet demonstrerede også med succes skalerbarheden af ​​deres nye energienhed til forskellige applikationer. NUS-teamet forbandt tre stykker af dette "stof" og placerede dem i et 3D-printet etui på størrelse med et standard AA-batteri. Spændingen af ​​den samlede enhed var 1,96 V.

Skalerbarheden af ​​NUS-opfindelsen, bekvemmeligheden ved at opnå kommercielt tilgængelige råmaterialer og de lave fremstillingsomkostninger gør denne opfindelse egnet til masseproduktion. Forskerne har allerede ansøgt om et patent og planlægger at udforske potentielle kommercialiseringsstrategier for applikationer i den virkelige verden.

Læs også:

• Det nye materiale vil give robotter mulighed for at føle berøring
• Intel vs AMD: TOP 10 bedste pc-processorer

Du kan hjælpe Ukraine med at kæmpe mod de russiske angribere. Den bedste måde at gøre dette på er at donere midler til Ukraines væbnede styrker gennem Red livet eller via den officielle side NBU.