Wetenschappers hebben een "batterij" uitgevonden die wordt opgeladen door vocht in de lucht

Een team van onderzoekers van het College of Design and Engineering van de National University of Singapore (NUS) heeft een ultradun apparaat ontwikkeld om elektriciteit op te wekken met behulp van vocht uit de lucht (MEG). Het is gemaakt van een dunne laag stof van ongeveer 0,3 mm dik, zeezout, koolstofinkt en een speciale waterabsorberende gel. Deze technologische doorbraak werd gepubliceerd in de gedrukte versie van het wetenschappelijke tijdschrift Geavanceerde materialen 26 mei 2022. Door gebruik te maken van zeezout als een milieuvriendelijk vochtabsorberend middel, levert deze stofachtige "batterij" een hoger elektrisch vermogen dan een gewone AA-batterij. Het kan mogelijk worden gebruikt om alledaagse elektronica van stroom te voorzien.

Het concept van MEG-apparaten is gebaseerd op het vermogen van verschillende materialen om elektriciteit op te wekken door interactie met vocht in de lucht. Dit gebied is interessant vanwege het potentieel om te worden gebruikt voor het aandrijven van een breed scala aan apparaten, waaronder persoonlijke elektronica, elektronische huidsensoren en apparaten voor informatieopslag.

De belangrijkste problemen van moderne MEG-technologieën zijn waterverzadiging van het apparaat onder invloed van omgevingsvochtigheid en onbevredigende elektrische eigenschappen. Dat wil zeggen, de elektrische energie die door dergelijke apparaten wordt geproduceerd, is niet duurzaam en ook niet voldoende om de apparaten van stroom te voorzien.

Om deze uitdagingen het hoofd te bieden, heeft een onderzoeksteam onder leiding van universitair hoofddocent Tan Swee Ching van de afdeling Materials Science and Engineering van CDE een nieuw MEG-apparaat ontwikkeld dat twee regio's met verschillende eigenschappen bevat. Het MEG-apparaat van het NUS-team bestaat uit een dunne laag weefsel bedekt met koolstofnanodeeltjes. In hun onderzoek gebruikte het team commercieel verkrijgbare houtpulp en polyesterweefsel.

Het "natte" gebied van het weefsel is bedekt met een hygroscopische ionische hydrogel. Dankzij het gebruik van zeezout kan een speciale waterabsorberende gel zes keer zijn oorspronkelijke gewicht aan vocht opnemen. Hij is het die verantwoordelijk is voor het verzamelen van vocht uit de lucht. Het "droge" gebied van het tegenoverliggende weefsel bevat geen hygroscopische laag. Dit is nodig zodat de opname van water beperkt bleef tot het "natte" gebied.

De energie wordt opgewekt wanneer de zeezoutionen worden gescheiden door water te absorberen in het "natte" gebied. Vrije ionen met een positieve lading (kationen) worden geabsorbeerd door koolstofnanodeeltjes, die een negatieve lading hebben. Dit veroorzaakt veranderingen op het oppervlak van de stof, waardoor er een elektrisch veld op ontstaat. Door deze veranderingen kan het weefsel ook energie opslaan voor later gebruik.

Door een combinatie van "natte" en "droge" gebieden op de stof te gebruiken, is het mogelijk om te zorgen voor een hoog vochtgehalte in het eerste en een laag vochtgehalte in het laatste. Hierdoor blijft de elektrische output behouden, zelfs wanneer het "natte" gebied verzadigd is met water. Nadat de "batterij" 30 dagen in een open, vochtige omgeving had gestaan, werd er nog steeds vocht vastgehouden in het "natte" gebied, wat aantoont dat het apparaat effectief is in het handhaven van elektrische stroom.

Het ontwerp van het Singaporese team toonde ook een hoge flexibiliteit en was bestand tegen draaien, rollen en buigen. De onderzoekers toonden de flexibiliteit van de "batterij" aan door deze in een origamikraan te vouwen, wat de prestaties niet beïnvloedde. Het MEG-apparaat is mogelijk al toepasbaar vanwege het gemak van schaalbaarheid en commercieel beschikbare grondstoffen.

"Na het absorberen van water, kan een enkel stuk energieopwekkende stof van 1,5 x 2 cm in een constante omgeving tot 0,7 V leveren gedurende meer dan 150 uur", zei Dr. Zhang Yaoxing van het onderzoeksteam.

Het NUS-team demonstreerde ook met succes de schaalbaarheid van hun nieuwe energieapparaat voor verschillende toepassingen. Het NUS-team verbond drie stukken van deze "stof" en plaatste ze in een 3D-geprinte behuizing ter grootte van een standaard AA-batterij. De spanning van het geassembleerde apparaat was 1,96 V.

De schaalbaarheid van de NUS-uitvinding, het gemak van het verkrijgen van in de handel verkrijgbare grondstoffen en de lage fabricagekosten maken deze uitvinding geschikt voor massaproductie. De onderzoekers hebben al een patent aangevraagd en zijn van plan om mogelijke commercialiseringsstrategieën voor toepassingen in de echte wereld te verkennen.

Lees ook:

• Met het nieuwe materiaal kunnen robots aanraking voelen
• Intel versus AMD: TOP 10 beste pc-processors

U kunt Oekraïne helpen vechten tegen de Russische indringers. De beste manier om dit te doen is door geld te doneren aan de strijdkrachten van Oekraïne via Red het leven of via de officiële pagina NBU.