Samoładująca bateria może zasilać urządzenia przez setki godzin

Naukowcy z Singapuru opracowali urządzenie MEG, które potrafi generować energię z wilgoci zawartej w powietrzu. W przyszłości może zasilać różnego rodzaju czujniki noszone oraz inne urządzenia.

Każdego roku słyszymy o coraz nowszych urządzeniach noszonych, bardzo pomagających w naszym codziennym życiu. Problemem jest jednak ich zasilanie, gdyż każde z nich wymaga energii do działania. Oczywiście można go rozwiązać za pomocą baterii, jednak współczesna technologia zasilania nie jest jeszcze na tyle zaawansowana, by był to dobry pomysł. Standardowe zasilanie znacznie zwiększa bowiem rozmiary i masę takiego sprzętu.

MEG produkuje energię z powietrza

Naukowcy z Narodowym Uniwersytetu Singapuru opracowali jednak technologię, dzięki której rozwój sprzętu noszonego może znacznie przyspieszyć. Stworzyli bowiem urządzenie typu MEG, generujące energię z wilgoci zawartej w powietrzu. Jest niezwykle cienkie, gdyż składa się z cienkiej warstwy tkaniny o grubości zaledwie 0,3 mm, soli morskiej, tuszu węglowego oraz absorbującego wodę hydrożelu. Tkaninę wykonano z pulpy drzewnej i poliestru, a następnie pokryto ją tuszem zawierającym nanocząsteczki węgla.

Urządzenia typu MEG już istnieją, lecz ich wydajność jest bardzo ograniczona. Naukowcy musieli więc przezwyciężyć wiele problemów. Jednym ze stojących przed nim wyzwań było nasycenie wodą uniemożliwiające wytwarzanie większej ilości energii. Stworzyli więc urządzenie z dwoma odrębnymi obszarami, z których każdy ma inne właściwości, umożliwiające utrzymywanie różnicy w zawartości wody.

Jednym z nich jest obszar mokry. Tę część tkaniny pokrywa higroskopijny hydrożel wykonany z soli morskiej, która pochłania wilgoć z powietrza o masie przekraczającej sześciokrotnie własną. Pozostała część tkaniny to obszar suchy, w którym nie ma hydrożelu. Dzięki temu, że pochłanianie wody morskiej odbywa się w innym obszarze, jony dodatnie i ujemne w soli morskiej rozdzielają się. Powstaje w ten sposób różnica ładunku, która umożliwia urządzeniu generowanie i przesyłanie energii przez setki godzin.

Dzięki unikalnemu projektowi obszarów wilgotno-suchych naukowcy z NUS byli w stanie utrzymać wysoką zawartość wody w obszarze wilgotnym i niską zawartość wody w regionie suchym. Pozwoli to utrzymać moc elektryczną nawet wtedy, gdy wilgotny obszar jest nasycony wodą. W czasie testów, materiał pozostawiony w wilgotnym środowisku przez 30 dni, nadal utrzymywał wodę, wykazując skuteczność w utrzymywaniu mocy elektrycznej.

Istotne jest również to, że materiał jest bardzo elastyczny i wytrzymuje naprężenia spowodowane skręcaniem, zwijaniem oraz zginaniem. Co ciekawe, naukowcy złożyli tkaninę w żurawia origami, co w żaden sposób nie wpłynęło na wydajność elektryczną urządzenia.

Zdolność do dostarczania energii przez setki godzin

Po absorpcji wody, fragment materiału o wymiarach 1,5 x 2 cm może dostarczać do 0,7 V energii elektrycznej przez ponad 150 godzin. Oczywiście nie są to wartości, które pozwoliłyby zasilać nasze domy. Technologia może jednak mieć szerokie zastosowania w noszonej elektronice. Takiej jak monitory zdrowia, elektroniczne czujniki skóry, czy też urządzenia do przechowywania informacji.

Urządzenie jest przy tym łatwo skalowalne, więc można zwiększyć ilość produkowanej energii. W czasie jednego z testów połączono ze sobą trzy kawałki materiału i umieszczono w wydrukowanej obudowie rozmiaru standardowej baterii AA. Testy wykazały, że napięcie zbudowanego w ten sposób urządzenia osiągało nawet 1,96 V, co wystarcza do zasilania małych urządzeń elektronicznych jak budzik. Dla porównania, komercyjne baterie AA mają napięcie 1,5 V.

Zaletą urządzenia MEG jest również bardzo niski koszt produkcji, który wynosi 0,15 dolara za metr kwadratowy. Można je bowiem produkować z dostępnych na rynku surowców, co pozwala bardzo szybko wdrożyć je do seryjnej produkcji.

Więcej informacji na temat tego wynalazku uzyskacie w magazynie Advanced Materials.

Źródło