מדענים המציאו "סוללה" הנטענת מלחות באוויר

צוות חוקרים מהמכללה לעיצוב והנדסה באוניברסיטה הלאומית של סינגפור (NUS) פיתח מכשיר דק במיוחד להפקת חשמל באמצעות לחות מהאוויר (MEG). הוא עשוי משכבה דקה של בד בעובי של כ-0,3 מ"מ, מלח ים, דיו פחמן וג'ל מיוחד סופג מים. פריצת דרך טכנולוגית זו פורסמה בגרסה המודפסת של כתב העת המדעי חומרים מתקדמים 26 במאי 2022. שימוש במלח ים כסופג לחות ידידותי לסביבה, "סוללה" דמוית בד זו מספקת תפוקה חשמלית גבוהה יותר מאשר סוללת AA רגילה. זה עשוי לשמש להפעלת אלקטרוניקה יומיומית.

הרעיון של מכשירי MEG מבוסס על יכולתם של חומרים שונים לייצר חשמל על ידי אינטראקציה עם לחות באוויר. תחום זה מעורר עניין בגלל הפוטנציאל שלו לשמש להפעלת מגוון רחב של מכשירים, כולל אלקטרוניקה אישית, חיישני עור אלקטרוניים והתקני אחסון מידע.

הבעיות העיקריות של טכנולוגיות MEG מודרניות הן ריווי מים של המכשיר בהשפעת לחות סביבתית ומאפיינים חשמליים לא מספקים. כלומר, האנרגיה החשמלית המופקת ממכשירים כאלה אינה בת קיימא, והיא גם לא מספיקה להפעלת המכשירים.

כדי להתגבר על האתגרים הללו, צוות מחקר בראשות פרופסור-משנה טאן סווי צ'ינג מהמחלקה למדע והנדסת חומרים של CDE פיתח מכשיר MEG חדש המכיל שני אזורים בעלי תכונות שונות. מכשיר MEG של צוות NUS מורכב משכבה דקה של רקמה מצופה בננו-חלקיקי פחמן. במחקר שלהם, הצוות השתמש בעיסת עץ זמינה מסחרית ובבד פוליאסטר.

האזור ה"רטוב" של הרקמה מכוסה בהידרוג'ל יוני היגרוסקופי. הודות לשימוש במלח ים, ג'ל מיוחד סופג מים יכול לספוג פי שישה ממשקל הלחות המקורי שלו. הוא זה שאחראי על איסוף הלחות מהאוויר. האזור ה"יבש" של הרקמה ממול אינו מכיל שכבה היגרוסקופית. זה הכרחי כדי שספיגת המים הוגבלה לאזור ה"רטוב".

האנרגיה נוצרת כאשר יוני מלח הים מופרדים על ידי ספיגת מים באזור ה"רטוב". יונים חופשיים בעלי מטען חיובי (קטיונים) נספגים על ידי ננו-חלקיקי פחמן, בעלי מטען שלילי. זה גורם לשינויים על פני הבד, ויוצרים עליו שדה חשמלי. שינויים אלו גם מאפשרים לרקמה לאגור אנרגיה לשימוש מאוחר יותר.

באמצעות שילוב של אזורים "רטובים" ו"יבשים" על הבד, ניתן להבטיח אחוזי לחות גבוהים בראשון ותכולת לחות נמוכה באחרון. זה מאפשר לשמור על תפוקה חשמלית גם כאשר האזור ה"רטוב" רווי במים. לאחר שה"סוללה" הושארה בסביבה פתוחה ולחה למשך 30 יום, עדיין נשמרה הלחות באזור ה"רטוב", מה שמוכיח את יעילות המכשיר בשמירה על הספק החשמלי.

העיצוב של צוות סינגפור גם הפגין גמישות גבוהה והיה מסוגל לעמוד בפיתול, גלגול וכיפוף. החוקרים הדגימו את גמישות ה"סוללה" על ידי קיפולה לעגורן אוריגמי, מה שלא השפיע על ביצועיה. ייתכן שמכשיר MEG כבר ישים בגלל קלות קנה המידה וחומרי גלם זמינים מסחרית.

"לאחר ספיגת מים, חתיכה בודדת בגודל 1,5x2 ס"מ של בד מייצר אנרגיה יכולה לספק עד 0,7V במשך למעלה מ-150 שעות בסביבה קבועה", אמר ד"ר ג'אנג יאוקסינג מצוות המחקר.

צוות NUS גם הוכיח בהצלחה את יכולת ההרחבה של מכשיר האנרגיה החדש שלהם עבור יישומים שונים. צוות NUS חיבר שלוש חלקים מה"בד" הזה והניח אותם במארז מודפס בתלת מימד בערך בגודל של סוללת AA רגילה. המתח של המכשיר שהורכב היה 3 וולט.

המדרגיות של המצאת NUS, הנוחות בהשגת חומרי גלם זמינים מסחרית, ועלות הייצור הנמוכה הופכים את ההמצאה הזו למתאימה לייצור המוני. החוקרים כבר הגישו בקשה לפטנט ומתכננים לבחון אסטרטגיות מסחור אפשריות עבור יישומים בעולם האמיתי.

קרא גם:

• החומר החדש יאפשר לרובוטים להרגיש מגע
• אינטל נגד AMD: 10 מעבדי המחשב הטובים ביותר

אתה יכול לעזור לאוקראינה להילחם נגד הפולשים הרוסים. הדרך הטובה ביותר לעשות זאת היא לתרום כספים לכוחות המזוינים של אוקראינה באמצעות הצלת חיים או דרך העמוד הרשמי NBU.