Учені створили унікальну батарею, яка видобуває електрику прямо з повітря (відео)

Учені із Сінгапуру розробили невеликий пристрій із тканини, який може отримувати електрику прямо з повітря. Про цей винахід стало відомо виданню Techxplore.

Група дослідників із Коледжу дизайну й інженерії Національного університету Сінгапуру виготовила незвичайну батарею з морської солі, вуглецевого чорнила та спеціального водопоглинального гелю — вийшов шматок тканини товщиною всього 0,3 мм, майже як аркуш паперу. Вона генерує електрику, вловлюючи вологу з повітря і може заряджати електронні пристрої. Після поглинання води шматок розміром 1,5 на 2 см виробляє до 0,7 електрики протягом понад 150 год.

Технологія виробітку електрики з вологи (moisture-driven electricity generation або скорочено MEG) заснована на здатності різних матеріалів виробляти струм при взаємодії з вологим повітрям. Вона викликає великий інтерес у наукових колах, адже дослідники бачать безліч її застосувань, наприклад, обладнання з повністю автономним живленням або електроніка, що носиться.

Однак MEG поки не набула широкого поширення через свої недоліки: по-перше, в процесі зарядки батареї повинні поглинати воду, що може вивести з ладу пристрої, що заряджаються, а по-друге, продуктивності зазвичай не вистачає для живлення сучасних гаджетів, по-третє, живлення нестабільне, адже залежить від умов довкілля (наскільки вологе повітря).

Команда під керівництвом доцента Тан Сві Чинг знайшла спосіб вирішити всі проблеми, зробивши в батареї дві ділянки з різними властивостями, щоб підтримувати стабільний рівень води для вироблення електроенергії та забезпечити вихідну потужність протягом сотень годин. Інженери взяли тканину з деревини та поліестеру, яка продається на ринку, і покрили її вуглецевими наночастинками. На вологу частину тканини вони нанесли іонний гідрогель на основі морської солі, який може поглинати кількість води у шість разів більше за свою вагу. Іншу частину поверхні залишили сухою.

Енергія виробляється, коли іони морської солі відокремлюються і вода поглинається у вологій ділянці. Вільні іони з позитивним зарядом (катіони) поглинаються негативно зарядженими вуглецевими наночастинками, унаслідок на поверхні тканини відбуваються зміни і з'являється електричне поле. Ці зміни поверхні також дають можливість тканини накопичувати електрику для подальшого використання.

Поєднання різних зон дозволили підтримувати високий вміст води у вологій частині та низький вміст води у посушливій ділянці. Завдяки цьому електрична потужність підтримується одному рівні, навіть коли волога частина насичена водою. Після перебування у відкритому вологому середовищі протягом 30 днів вода все ще залишалася у вологій ділянці, демонструючи ефективність пристрою у підтримці вихідної електричної потужності.

Під час випробувань вчені помістили три шматки генерувальної тканини у надрукований на 3D-принтері корпус розміром зі стандартну батарейку типу АА. Напруга пристрою досягла 1,96 В — вище, ніж у звичайної батарейки типу АА з напругою приблизно 1,5 В — цього вже достатньо для живлення невеликих електронних пристроїв, таких як будильники.

"Завдяки цій унікальній асиметричній структурі електричні характеристики нашого пристрою МЕГ значно покращені порівняно з попередніми технологіями МЕГ, що дозволяє живити багато поширених електронних пристроїв, таких як монітори здоров'я та електроніку, що носиться", — прокоментував Тан Сві Чинг.

Раніше вчені створили батарею з паперу, що виробляє електрику з води. Розробники пропонують з її допомогою живити маленькі пристрої, такі як "розумні" етикетки та медичні сенсори.

Нещодавно вчені подвоїли термін служби легких літій-металевих батарей. Для цього виявилося достатньо замінити графіт в електродах на легший та енергоємніший металевий літій.