Οι επιστήμονες ανακάλυψαν μια «μπαταρία» που φορτίζει από την υγρασία του αέρα

Μια ομάδα ερευνητών από το Κολέγιο Σχεδιασμού και Μηχανικής του Εθνικού Πανεπιστημίου της Σιγκαπούρης (NUS) ανέπτυξε μια εξαιρετικά λεπτή συσκευή για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας χρησιμοποιώντας την υγρασία από τον αέρα (MEG). Είναι κατασκευασμένο από ένα λεπτό στρώμα υφάσματος πάχους περίπου 0,3 mm, θαλασσινό αλάτι, μελάνι άνθρακα και ένα ειδικό τζελ που απορροφά το νερό. Αυτή η τεχνολογική ανακάλυψη δημοσιεύτηκε στην έντυπη έκδοση του επιστημονικού περιοδικού Προηγμένων Υλικών 26 Μαΐου 2022. Χρησιμοποιώντας θαλασσινό αλάτι ως φιλικό προς το περιβάλλον απορροφητικό υγρασίας, αυτή η «μπαταρία» που μοιάζει με ύφασμα παρέχει υψηλότερη ηλεκτρική ισχύ από μια κανονική μπαταρία ΑΑ. Μπορεί ενδεχομένως να χρησιμοποιηθεί για την τροφοδοσία καθημερινών ηλεκτρονικών συσκευών.

Η ιδέα των συσκευών MEG βασίζεται στην ικανότητα διαφόρων υλικών να παράγουν ηλεκτρική ενέργεια αλληλεπιδρώντας με την υγρασία στον αέρα. Αυτή η περιοχή παρουσιάζει ενδιαφέρον λόγω της δυνατότητάς της να χρησιμοποιηθεί για την τροφοδοσία μιας μεγάλης ποικιλίας συσκευών, συμπεριλαμβανομένων των προσωπικών ηλεκτρονικών συσκευών, ηλεκτρονικών αισθητήρων δέρματος και συσκευών αποθήκευσης πληροφοριών.

Τα κύρια προβλήματα των σύγχρονων τεχνολογιών MEG είναι ο κορεσμός του νερού της συσκευής υπό την επίδραση της υγρασίας του περιβάλλοντος και τα μη ικανοποιητικά ηλεκτρικά χαρακτηριστικά. Δηλαδή, η ηλεκτρική ενέργεια που παράγεται από τέτοιες συσκευές δεν είναι βιώσιμη, ούτε αρκεί για την τροφοδοσία των συσκευών.

Για να ξεπεραστούν αυτές οι προκλήσεις, μια ερευνητική ομάδα με επικεφαλής τον αναπληρωτή καθηγητή Tan Swee Ching από το Τμήμα Επιστήμης και Μηχανικής Υλικών του CDE ανέπτυξε μια νέα συσκευή MEG που περιέχει δύο περιοχές με διαφορετικές ιδιότητες. Η συσκευή MEG της ομάδας NUS αποτελείται από ένα λεπτό στρώμα ιστού επικαλυμμένο με νανοσωματίδια άνθρακα. Στη μελέτη τους, η ομάδα χρησιμοποίησε πολτό ξύλου και πολυεστερικό ύφασμα που διατίθεται στο εμπόριο.

Η "υγρή" περιοχή του ιστού καλύπτεται με μια υγροσκοπική ιοντική υδρογέλη. Χάρη στη χρήση θαλασσινού αλατιού, ένα ειδικό τζελ που απορροφά το νερό μπορεί να απορροφήσει έξι φορές το αρχικό του βάρος υγρασία. Είναι αυτός που είναι υπεύθυνος για τη συλλογή υγρασίας από τον αέρα. Η "ξηρά" περιοχή του υφάσματος απέναντι δεν περιέχει υγροσκοπικό στρώμα. Αυτό είναι απαραίτητο ώστε η απορρόφηση του νερού να περιορίζεται στην «υγρή» περιοχή.

Η ενέργεια παράγεται όταν τα ιόντα θαλασσινού αλατιού διαχωρίζονται απορροφώντας νερό στην «υγρή» περιοχή. Τα ελεύθερα ιόντα με θετικό φορτίο (κατιόντα) απορροφώνται από νανοσωματίδια άνθρακα, τα οποία έχουν αρνητικό φορτίο. Αυτό προκαλεί αλλαγές στην επιφάνεια του υφάσματος, δημιουργώντας ένα ηλεκτρικό πεδίο σε αυτό. Αυτές οι αλλαγές επιτρέπουν επίσης στον ιστό να αποθηκεύει ενέργεια για μελλοντική χρήση.

Χρησιμοποιώντας έναν συνδυασμό "υγρού" και "ξηρού" περιοχών στο ύφασμα, είναι δυνατό να εξασφαλιστεί υψηλή περιεκτικότητα σε υγρασία στο πρώτο και χαμηλή περιεκτικότητα σε υγρασία στο δεύτερο. Αυτό επιτρέπει τη διατήρηση της ηλεκτρικής ισχύος ακόμη και όταν η "υγρή" περιοχή είναι κορεσμένη με νερό. Αφού έμεινε η «μπαταρία» σε ανοιχτό, υγρό περιβάλλον για 30 ημέρες, η υγρασία εξακολουθούσε να διατηρείται στην «υγρή» περιοχή, αποδεικνύοντας την αποτελεσματικότητα της συσκευής στη διατήρηση της ηλεκτρικής ισχύος.

Ο σχεδιασμός της ομάδας της Σιγκαπούρης επέδειξε επίσης υψηλή ευελιξία και ήταν σε θέση να αντέξει τη συστροφή, την κύλιση και την κάμψη. Οι ερευνητές απέδειξαν την ευελιξία της «μπαταρίας» διπλώνοντάς την σε γερανό origami, κάτι που δεν επηρέασε την απόδοσή της. Η συσκευή MEG μπορεί να είναι ήδη εφαρμόσιμη λόγω της ευκολίας κλιμάκωσης και των εμπορικά διαθέσιμων πρώτων υλών.

"Μετά την απορρόφηση νερού, ένα μόνο κομμάτι υφάσματος 1,5x2 cm μπορεί να παρέχει έως και 0,7V για περισσότερες από 150 ώρες σε ένα σταθερό περιβάλλον", είπε ο Δρ Zhang Yaoxing της ερευνητικής ομάδας.

Η ομάδα της NUS απέδειξε επίσης με επιτυχία την επεκτασιμότητα της νέας ενεργειακής της συσκευής για διάφορες εφαρμογές. Η ομάδα της NUS συνέδεσε τρία κομμάτια από αυτό το «ύφασμα» και τα τοποθέτησε σε μια τρισδιάστατη εκτυπωμένη θήκη περίπου στο μέγεθος μιας τυπικής μπαταρίας ΑΑ. Η τάση της συναρμολογημένης συσκευής ήταν 3 V.

Η επεκτασιμότητα της εφεύρεσης NUS, η ευκολία απόκτησης εμπορικά διαθέσιμων πρώτων υλών και το χαμηλό κόστος κατασκευής καθιστούν αυτήν την εφεύρεση κατάλληλη για μαζική παραγωγή. Οι ερευνητές έχουν ήδη υποβάλει αίτηση για δίπλωμα ευρεσιτεχνίας και σχεδιάζουν να εξερευνήσουν πιθανές στρατηγικές εμπορευματοποίησης για εφαρμογές πραγματικού κόσμου.

Διαβάστε επίσης:

• Το νέο υλικό θα επιτρέψει στα ρομπότ να αισθάνονται την αφή
• Intel vs AMD: TOP 10 καλύτεροι επεξεργαστές υπολογιστών

Μπορείτε να βοηθήσετε την Ουκρανία να πολεμήσει ενάντια στους Ρώσους εισβολείς. Ο καλύτερος τρόπος για να γίνει αυτό είναι να δωρίσετε χρήματα στις Ένοπλες Δυνάμεις της Ουκρανίας μέσω Savelife ή μέσω της επίσημης σελίδας NBU.