دانشمندان "باتری" اختراع کرده اند که از رطوبت موجود در هوا شارژ می شود

تیمی از محققان کالج طراحی و مهندسی در دانشگاه ملی سنگاپور (NUS) یک دستگاه فوق نازک برای تولید برق با استفاده از رطوبت هوا (MEG) ساخته اند. این از یک لایه نازک پارچه به ضخامت حدود 0,3 میلی متر، نمک دریا، جوهر کربن و ژل مخصوص جاذب آب ساخته شده است. این پیشرفت فناوری در نسخه چاپی مجله علمی منتشر شد مواد پیشرفته 26 مه 2022. با استفاده از نمک دریا به عنوان یک جاذب رطوبت سازگار با محیط زیست، این "باتری" پارچه مانند خروجی الکتریکی بالاتری نسبت به یک باتری AA معمولی ارائه می دهد. به طور بالقوه می توان از آن برای تامین برق وسایل الکترونیکی روزمره استفاده کرد.

مفهوم دستگاه های MEG بر اساس توانایی مواد مختلف برای تولید الکتریسیته از طریق تعامل با رطوبت موجود در هوا است. این منطقه به دلیل پتانسیل آن برای استفاده برای تامین انرژی طیف گسترده ای از دستگاه ها، از جمله لوازم الکترونیکی شخصی، حسگرهای پوست الکترونیکی، و دستگاه های ذخیره سازی اطلاعات مورد توجه است.

مشکلات اصلی فناوری های مدرن MEG اشباع آب دستگاه تحت تأثیر رطوبت محیطی و ویژگی های الکتریکی نامناسب است. یعنی انرژی الکتریکی تولید شده توسط اینگونه دستگاه ها پایدار نیست و برای تغذیه دستگاه ها کافی نیست.

برای غلبه بر این چالش ها، یک تیم تحقیقاتی به سرپرستی دانشیار Tan Swee Ching از دپارتمان علوم و مهندسی مواد CDE یک دستگاه MEG جدید شامل دو ناحیه با ویژگی های متفاوت توسعه دادند. دستگاه MEG تیم NUS از لایه نازکی از بافت پوشیده شده با نانوذرات کربن تشکیل شده است. این تیم در مطالعه خود از خمیر چوب و پارچه پلی استر موجود در بازار استفاده کردند.

ناحیه "مرطوب" بافت با یک هیدروژل یونی هیگروسکوپیک پوشیده شده است. به لطف استفاده از نمک دریا، یک ژل مخصوص جاذب آب می تواند شش برابر وزن اولیه خود رطوبت را جذب کند. این اوست که مسئول جمع آوری رطوبت از هوا است. ناحیه "خشک" پارچه روبرو حاوی یک لایه رطوبت سنجی نیست. این امر ضروری است تا جذب آب به منطقه "مرطوب" محدود شود.

انرژی زمانی تولید می شود که یون های نمک دریا با جذب آب در منطقه "مرطوب" جدا شوند. یون‌های آزاد با بار مثبت (کاتیون‌ها) توسط نانوذرات کربنی که بار منفی دارند جذب می‌شوند. این باعث ایجاد تغییراتی در سطح پارچه و ایجاد میدان الکتریکی روی آن می شود. این تغییرات همچنین به بافت اجازه می دهد تا انرژی را برای استفاده بعدی ذخیره کند.

با استفاده از ترکیبی از مناطق "مرطوب" و "خشک" روی پارچه، می توان از رطوبت بالا در اولی و رطوبت کم در دومی اطمینان حاصل کرد. این اجازه می دهد تا خروجی الکتریکی حتی زمانی که منطقه "مرطوب" از آب اشباع شده است، حفظ شود. پس از اینکه "باتری" به مدت 30 روز در یک محیط باز و مرطوب باقی ماند، رطوبت همچنان در ناحیه "مرطوب" حفظ شد و کارایی دستگاه را در حفظ توان الکتریکی نشان داد.

طراحی تیم سنگاپور نیز انعطاف پذیری بالایی را نشان داد و توانست در برابر چرخش، غلتش و خم شدن مقاومت کند. محققان انعطاف‌پذیری «باتری» را با تا کردن آن در یک جرثقیل اوریگامی نشان دادند که بر عملکرد آن تأثیری نداشت. دستگاه MEG ممکن است از قبل به دلیل سهولت پوسته‌گذاری و مواد خام تجاری موجود قابل استفاده باشد.

"پس از جذب آب، یک تکه پارچه مولد انرژی به ابعاد 1,5x2 سانتی متر می تواند تا 0,7 ولت را برای بیش از 150 ساعت در یک محیط ثابت تامین کند."دکتر Zhang Yaoxing از تیم تحقیقاتی گفت.

تیم NUS همچنین با موفقیت مقیاس پذیری دستگاه انرژی جدید خود را برای کاربردهای مختلف نشان داد. تیم NUS سه قطعه از این "پارچه" را به هم متصل کرده و آنها را در یک جعبه چاپ سه بعدی به اندازه یک باتری AA استاندارد قرار داد. ولتاژ دستگاه مونتاژ شده 3 ولت بود.

مقیاس پذیری اختراع NUS، راحتی به دست آوردن مواد خام تجاری در دسترس و هزینه ساخت پایین، این اختراع را برای تولید انبوه مناسب می کند. محققان قبلاً برای ثبت اختراع درخواست داده‌اند و قصد دارند استراتژی‌های تجاری‌سازی بالقوه را برای برنامه‌های کاربردی در دنیای واقعی کشف کنند.

همچنین بخوانید:

• مواد جدید به ربات ها اجازه می دهد تا لمس کنند
• اینتل در مقابل AMD: 10 بهترین پردازنده رایانه شخصی

شما می توانید به اوکراین در مبارزه با مهاجمان روسی کمک کنید. بهترین راه برای انجام این کار، کمک مالی به نیروهای مسلح اوکراین است Savelife یا از طریق صفحه رسمی NBU.