Ультратонкое самозаряжающееся устройство вырабатывает электричество из влаги воздуха

19.08.2022 18:33

Discover24.ru

Группа исследователей из Национального университета Сингапура (NUS) разработала новое устройство для выработки электроэнергии с использованием влаги (MEG), изготовленное из недорогих и экологичных материалов. Об этом сообщает портал TechXplore. Перевод основных

The post Ультратонкое самозаряжающееся устройство вырабатывает электричество из влаги воздуха appeared first on discover24.ru.

Концепция устройств MEG основана на способности различных материалов генерировать электричество при взаимодействии с влагой воздуха. Это направление вызывает растущий интерес из-за широкого спектра вариантов практических применений, включая носимую электронику, такую как датчики состояния здоровья и устройства хранения информации.

Ключевые проблемы современных MEG-устройств включают их перенасыщение водой при воздействии влажности окружающей среды и неудовлетворительные электрические характеристики – то есть вырабатываемого электричества недостаточно, а питание нередко не является устойчивым.

Эти проблемы удалось преодолеть создателям нового MEG-устройства – исследовательской группе под руководством доцента Тан Сви Чинг с факультета материаловедения и инженерии NUS. Их разработка содержит две области с разными свойствами, которые способны использовать разницу во влажности воздуха для выработки электроэнергии и обеспечивать выработку электричества в течение сотен часов.

MEG-устройство NUS состоит из тонкого слоя ткани, покрытого углеродными наночастицами. Для своей разработки исследователи использовали имеющуюся в продаже доступную ткань, изготовленную из древесной массы и полиэстера.

Одна область ткани покрыта гигроскопичным ионным гидрогелем, и она характеризуется как «влажная». Изготовленный из морской соли, специальный водопоглощающий гель может поглощать влаги из воздуха в шесть раз больше своего первоначального веса. В качестве водопоглощающего соединения была выбрана обычная морская соль – из-за ее нетоксичных свойств и способности обеспечить экологичный вариант утилизации, широко применяемый сегодня в опреснительных установках.

Другой конец ткани представляет собой «сухую» область (не содержащую гидрогеля), ее роль – ограничивать присутствие воды лишь во «влажной» области. Как показали тесты, после поглощения воды один кусок вырабатывающей энергию ткани размером 1,5 на 2 см может обеспечивать напряжение до 0,7 вольт в течение более 150 часов.

MEG-устройство начинает вырабатывать электричество, когда вода поглощается «влажной» областью. Морская соль при этом выделяет свободные ионы с положительным зарядом (катионы), которые поглощаются отрицательно заряженными углеродными наночастицами на поверхности ткани, создавая электрическое поле. Этот процесс также дает ткани возможность накапливать электричество для последующего использования.

Используя уникальную конструкцию из сочетания влажно-сухих областей, исследователи NUS смогли наладить поддержание высокого содержания воды во влажной области и низкого – в сухой. Этот процесс позволяет поддерживать выработку электричества, даже когда влажная область перенасыщена водой.

Устройство, разработанное сингапурскими исследователями, также продемонстрировало высокую эластичность и было способно выдерживать нагрузки от скручивания, прокатки и изгиба, не снижая свои электрические характеристики.

В качестве примера исследователи NUS соединили вместе три куска генерирующей энергию ткани и поместили их в напечатанный на 3D-принтере корпус размером со стандартную батарейку типа АА. Собранное таким устройством электричество достигло напряжения 1,96 В – выше, чем у коммерческой батареи типа АА (около 1,5 В), и достаточно для питания небольших электронных устройств, таких как будильник.

По мнению разработчиков, их MEG-устройство способно найти широкое применение благодаря простоте масштабирования и коммерчески доступному сырью. Низкая стоимость изготовления, составляющая около 0,15 доллара за квадратный метр, делают подобную конструкцию пригодной для массового производства.