Устройство работает за счет того, что один конец ткани остается сухим, в то время как другой постоянно остается влажным. Разница в содержании влаги во влажной и сухой областях ткани с углеродным покрытием создает электрический ток. Эта перезаряжаемая тканевая батарея может вырабатывать электричество более 150 часов и обеспечивает более высокую электрическую мощность, чем обычная батарея типа АА, потенциально питая повседневную электронику.
«Представьте, что вы можете вырабатывать электричество, используя влагу в воздухе вокруг вас с помощью обычных предметов, таких как морская соль и кусок ткани, или даже питая повседневную электронику с помощью нетоксичной батареи толщиной с бумагу», — сообщается на страницах исследования.
Группа исследователей из Колледжа дизайна и инженерии (CDE) Национального университета Сингапура (NUS) разработала новое устройство для выработки электроэнергии с помощью влаги (MEG), изготовленное из тонкого слоя ткани толщиной около 0, 3 мм, морской соли, углеродных чернил и специальный водопоглощающий гель.
Концепция устройств MEG основана на способности различных материалов генерировать электричество при взаимодействии с влагой в воздухе. Эта область вызывает растущий интерес из-за ее потенциала для широкого спектра реальных применений, включая устройства с автономным питанием, такие как носимая электроника, такая как мониторы здоровья, электронные датчики кожи и устройства хранения информации.
Группа под руководством доцента Тан Суи Чинг из департамента материаловедения и инженерии CDE разработала новое устройство MEG, содержащее две области с различными свойствами, чтобы постоянно поддерживать разницу в содержании воды в разных регионах для выработки электроэнергии и обеспечения электрической мощности в течение сотен часов.
Этот технологический прорыв был опубликован в печатной версии научного журнала Advanced Materials.
Одна область ткани покрыта гигроскопичным ионным гидрогелем, и эта область известна как влажная область. Специальный водопоглощающий гель, изготовленный с использованием морской соли, 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 морской соли и рассола», — поделился профессор Тан.
Другой конец ткани — это сухая область, которая не содержит гигроскопичного слоя ионного гидрогеля. Это делается для того, чтобы гарантировать, что эта область остается сухой, а вода удерживается во влажной области.
После сборки устройства MEG электричество вырабатывается, когда ионы морской соли отделяются по мере поглощения воды во влажной области. Свободные ионы с положительным зарядом (катионы) поглощаются углеродными наночастицами, которые заряжены отрицательно. Это вызывает изменения на поверхности ткани, создавая на ней электрическое поле. Эти изменения поверхности также дают ткани возможность накапливать электричество для последующего использования.
Используя уникальную конструкцию влажно-сухих областей, исследователи NUS смогли поддерживать высокое содержание воды во влажной области и низкое содержание воды в сухой области. Это позволит поддерживать электрическую мощность, даже когда влажная область насыщена водой. После того, как его оставили на открытой влажной среде в течение 30 дней, вода все еще оставалась во влажной области, демонстрируя эффективность устройства в поддержании электрической мощности.
Устройство MEG команды также продемонстрировало высокую гибкость и смогло выдержать нагрузку от скручивания, прокатки и изгиба. Интересно, что исследователи продемонстрировали его выдающуюся гибкость, сложив ткань в журавлика-оригами, что не повлияло на общую электрическую производительность устройства.
Устройство MEG находит немедленное применение благодаря простоте масштабирования и коммерчески доступному сырью. Одно из наиболее актуальных применений — использование в качестве портативного источника питания для мобильной электроники, питающейся непосредственно от влажности окружающей среды.