Ученые создали уникальную батарею, добывающую электричество прямо из воздуха (видео)

Ученые из Сингапура разработали небольшое устройство из ткани, которые может получать электричество прямо из воздуха. Об этом изобретении стало известно изданию Techxplore.

Группа исследователей из Колледжа дизайна и инженерии Национального университета Сингапура изготовила необычную батарею из морской соли, углеродных чернил и специального водопоглощающего геля — получился кусок ткани толщиной всего 0,3 мм, почти как лист бумаги. Она генерирует электричество, улавливая влагу из воздуха, и может заряжать электронные устройства. После поглощения воды кусок размером 1,5 на 2 см вырабатывает до 0,7 В электричества в течение более 150 ч.

Технология выработки электричества из влаги (moisture-driven electricity generation или сокращенно MEG) основана на способности разных материалов производить ток при взаимодействии с влажным воздухом. Она вызывает большой интерес в научных кругах, ведь исследователи видят множество ее применений, например, оборудование с полностью автономным питанием или носимая электроника.

Однако MEG пока не получила широкого распространения из-за своих недостатков: во-первых, в процессе зарядки батареи должны поглощать воду, что может вывести из строя заряжаемые устройства, а во-вторых, производительности обычно не хватает для питания современных гаджетов, в-третьих, питание нестабильно, ведь сильно зависит от условий окружающей среды (насколько влажный воздух).

Команда под руководством доцента Тан Сви Чинг нашла способ решить все проблемы, сделав в батарее две области с разными свойствами, чтобы поддерживать стабильный уровень воды для выработки электроэнергии и обеспечить выходную мощность в течение сотен часов. Инженеры взяли ткань из древесной массы и полиэстера, которая продается на рынке, и покрыли ее углеродными наночастицами. На влажную область ткани они нанесли ионный гидрогель на основе морской соли, который может поглощать количество воды в шесть раз больше своего веса. Другую же часть поверхности оставили сухой.

Энергия вырабатывается, когда ионы морской соли отделяются и вода поглощается во влажной области. Свободные ионы с положительным зарядом (катионы) поглощаются отрицательно заряженными углеродными наночастицами, в результате на поверхности ткани происходят изменения и появляется электрическое поле. Эти изменения поверхности также дают ткани возможность накапливать электричество для последующего использования.

Сочетание разных зон позволили поддерживать высокое содержание воды во влажной области и низкое содержание воды в засушливой области. Благодаря этому электрическая мощность поддерживается на одном уровне, даже когда влажная область насыщена водой. После пребывания в открытой влажной среде в течение 30 дней вода все еще оставалась во влажной области, демонстрируя эффективность устройства в поддержании выходной электрической мощности.

Во время испытаний ученые поместили три куска генерирующей ткани в напечатанный на 3D-принтере корпус размером со стандартную батарейку типа АА. Напряжение устройства достигло 1,96 В — выше, чем у обычной батарейки типа АА с напряжением около 1,5 В — этого уже достаточно для питания небольших электронных устройств, таких как будильники.

"Благодаря этой уникальной асимметричной структуре электрические характеристики нашего устройства МЭГ значительно улучшены по сравнению с предыдущими технологиями МЭГ, что позволяет питать многие распространенные электронные устройства, такие как мониторы здоровья и носимую электронику", — прокомментировал Тан Сви Чинг.

Ранее ученые создали батарею из бумаги, которая вырабатывает электричество из воды. Разработчики предлагают с ее помощи питать маленькие устройства, такие как "умные" этикетки и медицинские сенсоры.

Недавно ученые удвоили срок службы легких литий-металлических батарей. Для этого оказалось достаточно заменить графит в электродах на более легкий и энергоемкий металлический литий.