Tiedemiehet ovat keksineet "akun", joka latautuu ilman kosteudesta

Singaporen kansallisen yliopiston (NUS) suunnittelu- ja suunnittelukorkeakoulun tutkijaryhmä on kehittänyt erittäin ohuen laitteen, joka tuottaa sähköä käyttämällä ilman kosteutta (MEG). Se on valmistettu ohuesta noin 0,3 mm paksuisesta kangaskerroksesta, merisuolasta, hiilimusteesta ja erityisestä vettä imevästä geelistä. Tämä teknologinen läpimurto julkaistiin tieteellisen lehden painetussa versiossa Advanced Materials 26. toukokuuta 2022. Tämä kangasmainen "paristo" käyttää merisuolaa ympäristöystävällisenä kosteutta imevänä aineena, ja se tuottaa suuremman sähkötehon kuin tavallinen AA-paristo. Sitä voidaan mahdollisesti käyttää päivittäisen elektroniikan virtalähteenä.

MEG-laitteiden konsepti perustuu erilaisten materiaalien kykyyn tuottaa sähköä vuorovaikutuksessa ilman kosteuden kanssa. Tämä alue on kiinnostava, koska sitä voidaan käyttää monenlaisten laitteiden virtalähteenä, mukaan lukien henkilökohtainen elektroniikka, elektroniset ihoanturit ja tiedon tallennuslaitteet.

Nykyaikaisten MEG-tekniikoiden pääongelmat ovat laitteen veden kyllästyminen ympäristön kosteuden ja epätyydyttävien sähköisten ominaisuuksien vaikutuksesta. Toisin sanoen tällaisten laitteiden tuottama sähköenergia ei ole kestävää, eikä se riitä laitteisiin.

Näiden haasteiden voittamiseksi CDE:n materiaalitieteen ja tekniikan laitoksen apulaisprofessori Tan Swee Chingin johtama tutkimusryhmä kehitti uuden MEG-laitteen, joka sisältää kaksi aluetta, joilla on erilaiset ominaisuudet. NUS-tiimin MEG-laite koostuu ohuesta kudoskerroksesta, joka on päällystetty hiilinanohiukkasilla. Tutkimuksessaan ryhmä käytti kaupallisesti saatavilla olevaa puumassaa ja polyesterikangasta.

Kudoksen "märkä" alue on peitetty hygroskooppisella ionihydrogeelillä. Merisuolan käytön ansiosta erityinen vettä imevä geeli pystyy imemään kuusi kertaa alkuperäisen painonsa verran kosteutta. Hän on vastuussa kosteuden keräämisestä ilmasta. Vastakkaisen kudoksen "kuiva" alue ei sisällä hygroskooppista kerrosta. Tämä on välttämätöntä, jotta veden imeytyminen rajoittui "märälle" alueelle.

Energiaa syntyy, kun merisuola-ionit erotetaan absorboimalla vettä "märällä" alueella. Positiivisen varauksen omaavat vapaat ionit (kationit) absorboituvat hiilinanohiukkasiin, joilla on negatiivinen varaus. Tämä aiheuttaa muutoksia kankaan pintaan, jolloin syntyy sähkökenttä. Nämä muutokset mahdollistavat myös kudoksen varastoinnin energiaa myöhempää käyttöä varten.

Käyttämällä kankaalla "märkien" ja "kuivien" alueiden yhdistelmää, on mahdollista varmistaa korkea kosteuspitoisuus edellisessä ja alhainen kosteuspitoisuus jälkimmäisessä. Tämä mahdollistaa sähkötehon ylläpitämisen myös silloin, kun "märkä" alue on kyllästetty vedellä. Sen jälkeen kun "akku" oli jätetty avoimeen, kosteaan ympäristöön 30 päiväksi, kosteus pysyi edelleen "märällä" alueella, mikä osoittaa laitteen tehokkuuden ylläpitää sähkötehoa.

Singaporen tiimin suunnittelu osoitti myös suurta joustavuutta ja kesti vääntymistä, vierimistä ja taipumista. Tutkijat osoittivat "akun" joustavuuden taittamalla sen origami-nosturiksi, mikä ei vaikuttanut sen suorituskykyyn. MEG-laite saattaa jo olla käyttökelpoinen skaalauksen helppouden ja kaupallisesti saatavilla olevien raaka-aineiden ansiosta.

"Veden imemisen jälkeen yksi 1,5 x 2 cm:n pala energiaa tuottavaa kangasta voi tarjota jopa 0,7 V:n jännitteen yli 150 tunniksi jatkuvassa ympäristössä.", sanoi tohtori Zhang Yaoxing tutkimusryhmästä.

NUS-tiimi osoitti onnistuneesti myös uuden energialaitteensa skaalautuvuuden erilaisiin sovelluksiin. NUS-tiimi liitti kolme osaa tästä "kankaasta" ja asetti ne 3D-tulostettuun koteloon, joka on suunnilleen tavallisen AA-pariston kokoinen. Kootun laitteen jännite oli 1,96 V.

NUS-keksinnön skaalautuvuus, kaupallisesti saatavien raaka-aineiden hankinnan helppous ja alhaiset valmistuskustannukset tekevät tästä keksinnöstä sopivan massatuotantoon. Tutkijat ovat jo hakeneet patenttia ja aikovat tutkia mahdollisia kaupallistamisstrategioita tosielämän sovelluksille.

Lue myös:

• Uuden materiaalin ansiosta robotit voivat tuntea kosketuksen
• Intel vs AMD: 10 parasta PC-suoritinta

Voit auttaa Ukrainaa taistelemaan venäläisiä hyökkääjiä vastaan. Paras tapa tehdä tämä on lahjoittaa varoja Ukrainan asevoimille Pelasta elämä tai virallisen sivun kautta NBU.