ابتكر العلماء "بطارية" تشحن من الرطوبة في الهواء

طور فريق من الباحثين من كلية التصميم والهندسة بجامعة سنغافورة الوطنية (NUS) جهازًا فائق الرقة لتوليد الكهرباء باستخدام الرطوبة من الهواء (MEG). وهي مصنوعة من طبقة رقيقة من القماش بسمك 0,3 مم وملح البحر وحبر الكربون وهلام خاص لامتصاص الماء. تم نشر هذا الاختراق التكنولوجي في النسخة المطبوعة من المجلة العلمية المواد المتقدمة 26 مايو 2022. باستخدام ملح البحر كممتص صديق للبيئة للرطوبة ، توفر هذه "البطارية" الشبيهة بالقماش ناتجًا كهربائيًا أعلى من بطارية AA العادية. يمكن استخدامه لتشغيل الإلكترونيات اليومية.

يعتمد مفهوم أجهزة MEG على قدرة المواد المختلفة على توليد الكهرباء من خلال التفاعل مع الرطوبة في الهواء. هذه المنطقة ذات أهمية نظرًا لإمكانية استخدامها لتشغيل مجموعة متنوعة من الأجهزة ، بما في ذلك الإلكترونيات الشخصية ، وأجهزة استشعار الجلد الإلكترونية ، وأجهزة تخزين المعلومات.

تتمثل المشاكل الرئيسية لتقنيات MEG الحديثة في تشبع الجهاز بالماء تحت تأثير الرطوبة البيئية والخصائص الكهربائية غير المرضية. أي أن الطاقة الكهربائية التي تنتجها هذه الأجهزة ليست مستدامة ، كما أنها ليست كافية لتشغيل الأجهزة.

للتغلب على هذه التحديات ، قام فريق بحث بقيادة الأستاذ المساعد تان سوي تشينج من قسم علوم وهندسة المواد في CDE بتطوير جهاز MEG جديد يحتوي على منطقتين لهما خصائص مختلفة. يتكون جهاز MEG التابع لفريق NUS من طبقة رقيقة من الأنسجة مغطاة بجسيمات الكربون النانوية. استخدم الفريق في دراستهم لب الخشب والبوليستر المتوفر تجاريًا.

المنطقة "الرطبة" من النسيج مغطاة بهيدروجيل أيوني استرطابي. بفضل استخدام ملح البحر ، يمكن أن يمتص هلام خاص يمتص الماء ستة أضعاف وزنه الأصلي من الرطوبة. إنه المسؤول عن جمع الرطوبة من الهواء. المنطقة "الجافة" من النسيج المقابل لا تحتوي على طبقة استرطابية. هذا ضروري حتى يقتصر امتصاص الماء على المنطقة "الرطبة".

يتم توليد الطاقة عندما يتم فصل أيونات ملح البحر عن طريق امتصاص الماء في المنطقة "الرطبة". يتم امتصاص الأيونات الحرة ذات الشحنة الموجبة (الكاتيونات) بواسطة جسيمات الكربون النانوية ، والتي لها شحنة سالبة. يتسبب هذا في حدوث تغييرات على سطح القماش ، مما يؤدي إلى إنشاء مجال كهربائي عليه. تسمح هذه التغييرات أيضًا للأنسجة بتخزين الطاقة لاستخدامها لاحقًا.

باستخدام مزيج من المناطق "الرطبة" و "الجافة" على القماش ، من الممكن ضمان محتوى رطوبة مرتفع في الأولى ومحتوى رطوبة منخفض في الأخيرة. وهذا يسمح بالحفاظ على الخرج الكهربائي حتى عندما تكون المنطقة "الرطبة" مشبعة بالماء. بعد ترك "البطارية" في بيئة مفتوحة ورطبة لمدة 30 يومًا ، ظلت الرطوبة محتجزة في المنطقة "الرطبة" ، مما يدل على فعالية الجهاز في الحفاظ على الطاقة الكهربائية.

أظهر تصميم فريق سنغافورة أيضًا مرونة عالية وكان قادرًا على تحمل الالتواء والدحرجة والانحناء. أظهر الباحثون مرونة "البطارية" من خلال طيها في رافعة الأوريجامي ، الأمر الذي لم يؤثر على أدائها. قد يكون جهاز MEG قابلاً للتطبيق بالفعل نظرًا لسهولة القياس والمواد الخام المتاحة تجاريًا.

"بعد امتصاص الماء ، يمكن لقطعة قماشية مولدة للطاقة مقاس 1,5 × 2 سم أن توفر ما يصل إلى 0,7 فولت لأكثر من 150 ساعة في بيئة ثابتة"قال الدكتور تشانغ Yaoxing من فريق البحث.

نجح فريق NUS أيضًا في إثبات قابلية التوسع في جهاز الطاقة الجديد الخاص بهم لتطبيقات مختلفة. قام فريق NUS بتوصيل ثلاث قطع من هذا "القماش" ووضعها في علبة مطبوعة ثلاثية الأبعاد حول حجم بطارية AA القياسية. كان جهد الجهاز المجمع 3 فولت.

إن قابلية تطوير اختراع NUS ، وسهولة الحصول على المواد الخام المتاحة تجاريًا ، وتكلفة التصنيع المنخفضة تجعل هذا الاختراع مناسبًا للإنتاج بالجملة. تقدم الباحثون بالفعل بطلب للحصول على براءة اختراع ويخططون لاستكشاف استراتيجيات التسويق المحتملة لتطبيقات العالم الحقيقي.

اقرأ أيضا:

• ستسمح المادة الجديدة للروبوتات بالشعور باللمس
• Intel vs AMD: أفضل 10 معالجات للكمبيوتر الشخصي

يمكنك مساعدة أوكرانيا في محاربة الغزاة الروس. أفضل طريقة للقيام بذلك هي التبرع بالأموال للقوات المسلحة لأوكرانيا من خلال الحفاظ على الحياة او من خلال الصفحة الرسمية NBU.