Команда NUS создает устройство, которое вырабатывает электричество из влаги воздуха

Исследователи из Национального университета Сингапура разработали новое устройство для выработки электроэнергии, работающее от влаги, состоящее из тонкого слоя ткани, морской соли, углеродных чернил и специального водопоглощающего геля.

По данным NUS, производство электроэнергии с использованием влаги (MEG) вызвало интерес из-за его потенциала в различных сферах, включая носимую электронику, электронные датчики кожи и устройства хранения информации.

Ключевые проблемы современных технологий MEG включают насыщение водой при воздействии влажности окружающей среды и неудовлетворительные электрические характеристики.

Чтобы преодолеть эти проблемы, исследовательская группа во главе с доцентом Тан Сви Чингом из Департамента материаловедения и инженерии разработала новое устройство MEG , содержащее две области с разными свойствами, чтобы постоянно поддерживать разницу в содержании воды в разных областях для выработки электроэнергии в течение сотен часов.

Выводы команды Колледжа дизайна и инженерии NUS (CDE) были опубликованы в Advanced Materials  в мае 2022 года.

Устройство MEG состоит из тонкого слоя ткани (толщиной около 0,3 мм), покрытого углеродными наночастицами. В своем исследовании команда использовала имеющуюся в продаже ткань из древесной массы и полиэстера.

Влажная часть ткани покрыта гигроскопичным ионным гидрогелем. Изготовленный из морской соли, водопоглощающий гель может поглощать в шесть раз больше своего первоначального веса и используется для сбора влаги из воздуха.

«Морская соль была выбрана в качестве водопоглощающего соединения из-за ее нетоксичных свойств и ее способности обеспечить устойчивый вариант для опреснительных установок по утилизации образовавшейся морской соли и рассола», — говорится в заявлении доцента Тана.

После того, как устройство MEG собрано, электричество вырабатывается, когда ионы морской соли отделяются, вода поглощается во влажной области. Катионы поглощаются углеродными наночастицами, вызывая изменения на поверхности ткани и создавая электрическое поле на ней. Эти изменения поверхности также дают ткани возможность накапливать электричество для последующего использования.

«После поглощения воды один кусок вырабатывающей энергию ткани размером 1,5 на 2 см может обеспечивать до 0,7 В электричества в течение более 150 часов в постоянных условиях», — сказал член исследовательской группы д-р Чжан Яоксин.

Используя уникальную конструкцию влажно-сухих областей, исследователи NUS смогли поддерживать высокое содержание воды во влажной области и низкое содержание воды в сухой области, что поддерживает электрическую мощность, даже когда влажная область насыщена водой. После нахождения на открытом воздухе во влажной среде в течение 30 дней вода все еще оставалась во влажной области, что свидетельствует об эффективности устройства в поддержании выходной мощности.

Запатентованное устройство МЭГ команды также продемонстрировало высокую гибкость и было способно выдерживать нагрузки от скручивания, прокатки и изгиба.

Команда NUS также продемонстрировала масштабируемость устройства при выработке электроэнергии для различных приложений. Они соединили вместе три куска генерирующей энергию ткани и поместили их в напечатанный на 3D-принтере корпус размером со стандартную батарейку типа АА. Напряжение собранного устройства было протестировано и достигло 1,96 В, что выше, чем у коммерческой батареи типа АА с напряжением около 1,5 В, что достаточно для питания небольших электронных устройств.

Группа заявила, что масштабируемость изобретения NUS, удобство получения коммерчески доступного сырья, а также низкая стоимость изготовления, составляющая около 0,15 долларов США за квадратный метр, делают устройство МЭГ подходящим для массового производства.

 

Будьте в курсе в удобном формате, присоединяйтесь: TG-канал и ВК

Бесплатная служба распространения новостей для научных организаций и стартапов

hello@technovery.com