Znanstvenici su izumili "bateriju" koja se puni vlagom u zraku

Tim istraživača s Fakulteta za dizajn i inženjerstvo pri Nacionalnom sveučilištu u Singapuru (NUS) razvio je ultratanki uređaj za proizvodnju električne energije koristeći vlagu iz zraka (MEG). Izrađen je od tankog sloja tkanine debljine oko 0,3 mm, morske soli, karbonske tinte i posebnog gela koji upija vodu. Ovaj tehnološki iskorak objavljen je u tiskanoj verziji znanstvenog časopisa Advanced Materials 26. svibnja 2022. Korištenjem morske soli kao ekološki prihvatljivog upijača vlage, ova "baterija" nalik tkanini pruža veću električnu snagu od obične AA baterije. Potencijalno se može koristiti za napajanje svakodnevne elektronike.

Koncept MEG uređaja temelji se na sposobnosti različitih materijala da generiraju električnu energiju u interakciji s vlagom u zraku. Ovo područje je zanimljivo zbog svog potencijala da se koristi za napajanje širokog spektra uređaja, uključujući osobnu elektroniku, elektroničke kožne senzore i uređaje za pohranu informacija.

Glavni problemi suvremenih MEG tehnologija su zasićenost uređaja vodom pod utjecajem vlažnosti okoliša i nezadovoljavajuće električne karakteristike. Odnosno, električna energija proizvedena takvim uređajima nije održiva, niti je dovoljna za napajanje uređaja.

Kako bi prevladao te izazove, istraživački tim predvođen izvanrednim profesorom Tan Swee Chingom s Odjela za znanost o materijalima i inženjerstvo CDE-a razvio je novi MEG uređaj koji sadrži dvije regije s različitim svojstvima. MEG uređaj NUS tima sastoji se od tankog sloja tkiva presvučenog ugljikovim nanočesticama. U svojoj studiji tim je koristio komercijalno dostupnu drvnu pulpu i poliestersku tkaninu.

"Mokro" područje tkiva prekriveno je higroskopnim ionskim hidrogelom. Zahvaljujući upotrebi morske soli, poseban gel za upijanje vode može apsorbirati vlagu šest puta veću od izvorne težine. On je taj koji je odgovoran za prikupljanje vlage iz zraka. "Suho" područje tkiva nasuprot ne sadrži higroskopni sloj. To je neophodno kako bi apsorpcija vode bila ograničena na "mokro" područje.

Energija se stvara kada se ioni morske soli odvoje upijanjem vode u "mokrom" području. Slobodne ione s pozitivnim nabojem (katione) apsorbiraju nanočestice ugljika, koje imaju negativan naboj. To uzrokuje promjene na površini tkanine, stvarajući na njoj električno polje. Ove promjene također omogućuju tkivu skladištenje energije 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. To omogućuje održavanje električne snage čak i kada je "mokro" područje zasićeno vodom. Nakon što je "baterija" ostavljena na otvorenom, vlažnom okruženju 30 dana, vlaga se još uvijek zadržala u "mokrom" području, što pokazuje učinkovitost uređaja u održavanju električne energije.

Dizajn singapurskog tima također je pokazao visoku fleksibilnost i bio je u stanju izdržati uvijanje, kotrljanje i savijanje. Istraživači su demonstrirali fleksibilnost "baterije" presavijući je u origami dizalicu, što nije utjecalo na njezinu izvedbu. MEG uređaj možda je već primjenjiv zbog lakoće skaliranja i komercijalno dostupnih sirovina.

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

Skalabilnost NUS izuma, pogodnost dobivanja komercijalno dostupnih sirovina i niska cijena proizvodnje čine ovaj izum prikladnim za masovnu proizvodnju. Istraživači su već podnijeli zahtjev za patent i planiraju istražiti potencijalne strategije komercijalizacije za stvarne primjene.

Pročitajte također:

• Novi materijal omogućit će robotima da osjete dodir
• Intel protiv AMD-a: TOP 10 najboljih PC procesora

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