Zinātnieki ir izgudrojuši "akumulatoru", kas uzlādējas no gaisa mitruma

Pētnieku komanda no Singapūras Nacionālās universitātes Dizaina un inženierzinātņu koledžas (NUS) ir izstrādājusi īpaši plānu ierīci elektroenerģijas ražošanai, izmantojot mitrumu no gaisa (MEG). Tas ir izgatavots no plānas, apmēram 0,3 mm biezas auduma kārtas, jūras sāls, oglekļa tintes un īpašas ūdeni absorbējošas želejas. Šis tehnoloģiskais sasniegums tika publicēts zinātniskā žurnāla drukātajā versijā Advanced materiāli 26. gada 2022. maijs. Izmantojot jūras sāli kā videi draudzīgu mitruma absorbentu, šī auduma veida "akumulators" nodrošina lielāku elektrisko jaudu nekā parastais AA akumulators. To potenciāli var izmantot ikdienas elektronikas darbināšanai.

MEG ierīču koncepcija ir balstīta uz dažādu materiālu spēju ražot elektroenerģiju, mijiedarbojoties ar mitrumu gaisā. Šī joma ir interesanta, jo to var izmantot, lai darbinātu dažādas ierīces, tostarp personālo elektroniku, elektroniskos ādas sensorus un informācijas uzglabāšanas ierīces.

Galvenās mūsdienu MEG tehnoloģiju problēmas ir ierīces piesātinājums ar ūdeni vides mitruma un neapmierinošo elektrisko parametru ietekmē. Tas nozīmē, ka šādu ierīču saražotā elektriskā enerģija nav ne ilgtspējīga, ne arī pietiekama ierīču darbināšanai.

Lai pārvarētu šīs problēmas, pētnieku grupa, ko vadīja asociētais profesors Tan Swee Ching no CDE Materiālzinātnes un inženierzinātņu katedras, izstrādāja jaunu MEG ierīci, kas satur divus reģionus ar atšķirīgām īpašībām. NUS komandas MEG ierīce sastāv no plāna audu slāņa, kas pārklāts ar oglekļa nanodaļiņām. Savā pētījumā komanda izmantoja komerciāli pieejamu koksnes masu un poliestera audumu.

Audu "mitrā" zona ir pārklāta ar higroskopisku jonu hidrogelu. Pateicoties jūras sāls izmantošanai, īpašs ūdeni absorbējošs gēls spēj absorbēt mitrumu, kas sešas reizes pārsniedz sākotnējo svaru. Tas ir tas, kurš ir atbildīgs par mitruma savākšanu no gaisa. Pretējo audu "sausā" zona nesatur higroskopisku slāni. Tas ir nepieciešams, lai ūdens absorbcija būtu ierobežota līdz "slapjai" zonai.

Enerģija rodas, kad jūras sāls joni tiek atdalīti, absorbējot ūdeni "slapjā" reģionā. Brīvos jonus ar pozitīvu lādiņu (katjonus) absorbē oglekļa nanodaļiņas, kurām ir negatīvs lādiņš. Tas izraisa izmaiņas auduma virsmā, radot uz tā elektrisko lauku. Šīs izmaiņas arī ļauj audiem uzkrāt enerģiju vēlākai lietošanai.

Izmantojot "slapjo" un "sauso" zonu kombināciju uz auduma, ir iespējams nodrošināt augstu mitruma saturu pirmajā un zemu mitruma saturu otrajā. Tas ļauj uzturēt elektrisko jaudu pat tad, ja "mitrā" zona ir piesātināta ar ūdeni. Pēc tam, kad "akumulators" tika atstāts atklātā, mitrā vidē 30 dienas, mitrums joprojām tika saglabāts "slapjā" zonā, demonstrējot ierīces efektivitāti elektroenerģijas uzturēšanā.

Singapūras komandas dizains arī demonstrēja augstu elastību un spēja izturēt griešanos, ripošanu un locīšanu. Pētnieki demonstrēja "akumulatora" elastību, saliekot to origami celtnī, kas neietekmēja tā veiktspēju. MEG ierīce jau var būt piemērota mērogošanas vienkāršības un komerciāli pieejamo izejvielu dēļ.

"Pēc ūdens uzsūkšanas viens 1,5 x 2 cm enerģiju ģenerējoša auduma gabals var nodrošināt līdz 0,7 V spriegumam vairāk nekā 150 stundu pastāvīgā vidē.", sacīja pētnieku grupas doktors Džans Jaoksings.

NUS komanda arī veiksmīgi demonstrēja savas jaunās enerģijas ierīces mērogojamību dažādām lietojumprogrammām. NUS komanda savienoja trīs šī "auduma" gabalus un ievietoja tos 3D drukātā korpusā, kas ir aptuveni standarta AA akumulatora izmēra. Samontētās ierīces spriegums bija 1,96 V.

NUS izgudrojuma mērogojamība, komerciāli pieejamu izejvielu iegūšanas ērtums un zemās ražošanas izmaksas padara šo izgudrojumu piemērotu masveida ražošanai. Pētnieki jau ir pieteikušies patentam un plāno izpētīt iespējamās komercializācijas stratēģijas reālās pasaules lietojumiem.

Lasi arī:

• Jaunais materiāls ļaus robotiem sajust pieskārienus
• Intel pret AMD: TOP 10 labākie datoru procesori

Jūs varat palīdzēt Ukrainai cīnīties pret krievu iebrucējiem. Labākais veids, kā to izdarīt, ir ziedot līdzekļus Ukrainas bruņotajiem spēkiem Savelife vai izmantojot oficiālo lapu NBU.