Mokslininkai išrado „bateriją“, kuri kraunasi nuo oro drėgmės

Singapūro nacionalinio universiteto (NUS) Dizaino ir inžinerijos koledžo mokslininkų komanda sukūrė itin ploną įrenginį, skirtą elektros energijai generuoti naudojant oro drėgmę (MEG). Jis pagamintas iš plono, maždaug 0,3 mm storio audinio sluoksnio, jūros druskos, anglies rašalo ir specialaus vandenį sugeriančio gelio. Šis technologinis laimėjimas buvo paskelbtas spausdintoje mokslo žurnalo versijoje Advanced Materials 26 m. gegužės 2022 d. Naudojant jūros druską kaip ekologišką drėgmę sugeriančią medžiagą, ši į audinį panaši „baterija“ užtikrina didesnę elektros galią nei įprasta AA baterija. Jis gali būti naudojamas kasdienei elektronikai maitinti.

MEG prietaisų koncepcija pagrįsta įvairių medžiagų gebėjimu generuoti elektros energiją sąveikaujant su oro drėgme. Ši sritis yra įdomi, nes ji gali būti naudojama įvairiems įrenginiams, įskaitant asmeninę elektroniką, elektroninius odos jutiklius ir informacijos saugojimo įrenginius, maitinti.

Pagrindinės šiuolaikinių MEG technologijų problemos – įrenginio prisotinimas vandeniu, veikiamas aplinkos drėgmės ir nepatenkinamų elektrinių charakteristikų. Tai reiškia, kad tokių prietaisų gaminama elektros energija nėra tvari ir jos nepakanka prietaisams maitinti.

Siekdama įveikti šiuos iššūkius, tyrimų grupė, vadovaujama docento Tan Swee Ching iš CDE Medžiagų mokslo ir inžinerijos katedros, sukūrė naują MEG įrenginį, kuriame yra du skirtingų savybių regionai. NUS komandos MEG prietaisas susideda iš plono audinio sluoksnio, padengto anglies nanodalelėmis. Savo tyrime komanda naudojo komerciškai prieinamą medienos plaušienos ir poliesterio audinį.

„Drėgnas“ audinio plotas yra padengtas higroskopiniu joniniu hidrogeliu. Naudojant jūros druską, specialus vandenį sugeriantis gelis gali sugerti šešis kartus daugiau nei pradinis drėgmės svoris. Būtent jis yra atsakingas už drėgmės surinkimą iš oro. Priešingo audinio „sausoje“ srityje nėra higroskopinio sluoksnio. Tai būtina, kad vandens absorbcija būtų apribota „šlapioje“ vietoje.

Energija susidaro, kai jūros druskos jonai yra atskiriami sugeriant vandenį „šlapioje“ srityje. Laisvuosius teigiamo krūvio jonus (katijonus) sugeria anglies nanodalelės, turinčios neigiamą krūvį. Tai sukelia pokyčius audinio paviršiuje, sukuriant elektrinį lauką. Šie pokyčiai taip pat leidžia audiniui kaupti energiją vėlesniam naudojimui.

Ant audinio naudojant „šlapių“ ir „sausų“ sričių derinį, galima užtikrinti aukštą drėgmės kiekį pirmajame, o mažą – antrajame. Tai leidžia išlaikyti elektros galią net tada, kai „šlapia“ vieta yra prisotinta vandens. Po to, kai „baterija“ buvo palikta atviroje, drėgnoje aplinkoje 30 dienų, „šlapioje“ zonoje drėgmė vis tiek išliko, o tai rodo prietaiso efektyvumą palaikant elektros energiją.

Singapūro komandos dizainas taip pat demonstravo didelį lankstumą ir galėjo atlaikyti sukimąsi, riedėjimą ir lenkimą. Tyrėjai pademonstravo „baterijos“ lankstumą sulankstydami ją į origami kraną, o tai neturėjo įtakos jo veikimui. MEG prietaisas jau gali būti taikomas dėl lengvo mastelio keitimo ir parduodamų žaliavų.

"Sugėręs vandenį, vienas 1,5x2 cm energiją generuojančio audinio gabalas gali užtikrinti iki 0,7 V daugiau nei 150 valandų pastovioje aplinkoje.", – sakė mokslininkų grupės daktaras Zhang Yaoxing.

NUS komanda taip pat sėkmingai pademonstravo savo naujojo energijos įrenginio mastelį įvairioms programoms. NUS komanda sujungė tris šio „audinio“ dalis ir įdėjo į 3D atspausdintą dėklą, maždaug tokio dydžio kaip standartinė AA baterija. Surinkto įrenginio įtampa buvo 1,96 V.

Dėl NUS išradimo mastelio, patogumo gauti komerciškai prieinamų žaliavų ir mažos gamybos sąnaudos šis išradimas tinkamas masinei gamybai. Tyrėjai jau kreipėsi dėl patento ir planuoja ištirti galimas realaus pasaulio pritaikymo komercializavimo strategijas.

Taip pat skaitykite:

• Nauja medžiaga leis robotams jausti prisilietimą
• „Intel“ prieš AMD: 10 geriausių kompiuterių procesorių

Jūs galite padėti Ukrainai kovoti su Rusijos įsibrovėliais. Geriausias būdas tai padaryti – aukoti lėšas Ukrainos ginkluotosioms pajėgoms per Išgelbėk gyvybę arba per oficialų puslapį NBU.