Gli scienziati hanno inventato una "batteria" che si carica dall'umidità nell'aria

Un team di ricercatori del College of Design and Engineering dell'Università Nazionale di Singapore (NUS) ha sviluppato un dispositivo ultrasottile per generare elettricità utilizzando l'umidità dell'aria (MEG). È costituito da un sottile strato di tessuto di circa 0,3 mm di spessore, sale marino, inchiostro carbone e uno speciale gel che assorbe l'acqua. Questa svolta tecnologica è stata pubblicata nella versione cartacea della rivista scientifica Materiale avanzato 26 maggio 2022. Utilizzando il sale marino come assorbente ecologico dell'umidità, questa "batteria" simile a un tessuto fornisce una potenza elettrica maggiore rispetto a una normale batteria AA. Può essere potenzialmente utilizzato per alimentare l'elettronica di tutti i giorni.

Il concetto dei dispositivi MEG si basa sulla capacità di vari materiali di generare elettricità interagendo con l'umidità nell'aria. Quest'area è interessante per il suo potenziale per essere utilizzata per alimentare un'ampia varietà di dispositivi, inclusi l'elettronica personale, i sensori elettronici della pelle e i dispositivi di archiviazione delle informazioni.

I principali problemi delle moderne tecnologie MEG sono la saturazione d'acqua del dispositivo sotto l'influenza dell'umidità ambientale e caratteristiche elettriche insoddisfacenti. Cioè, l'energia elettrica prodotta da tali dispositivi non è sostenibile, né è sufficiente per alimentare i dispositivi.

Per superare queste sfide, un gruppo di ricerca guidato dal Professore Associato Tan Swee Ching del Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali del CDE ha sviluppato un nuovo dispositivo MEG contenente due regioni con proprietà diverse. Il dispositivo MEG del team NUS è costituito da un sottile strato di tessuto rivestito con nanoparticelle di carbonio. Nel loro studio, il team ha utilizzato pasta di legno e tessuto di poliestere disponibili in commercio.

L'area "bagnata" del tessuto è ricoperta da un idrogel ionico igroscopico. Grazie all'uso del sale marino, uno speciale gel che assorbe l'acqua può assorbire sei volte il suo peso originale di umidità. È lui che è responsabile della raccolta dell'umidità dall'aria. L'area "asciutta" del tessuto di fronte non contiene uno strato igroscopico. Ciò è necessario affinché l'assorbimento dell'acqua fosse limitato all'area "umida".

L'energia viene generata quando gli ioni del sale marino vengono separati assorbendo l'acqua nella regione "umida". Gli ioni liberi con carica positiva (cationi) vengono assorbiti dalle nanoparticelle di carbonio, che hanno una carica negativa. Ciò provoca cambiamenti sulla superficie del tessuto, creando un campo elettrico su di esso. Questi cambiamenti consentono anche al tessuto di immagazzinare energia per un uso successivo.

Utilizzando una combinazione di zone "umide" e "asciutte" sul tessuto, è possibile garantire un elevato contenuto di umidità nel primo e un basso contenuto di umidità nel secondo. Ciò consente di mantenere la potenza elettrica anche quando l'area "bagnata" è satura di acqua. Dopo che la "batteria" è stata lasciata in un ambiente umido e aperto per 30 giorni, l'umidità è stata ancora trattenuta nell'area "bagnata", a dimostrazione dell'efficacia del dispositivo nel mantenimento dell'energia elettrica.

Il design del team di Singapore ha anche dimostrato un'elevata flessibilità ed è stato in grado di resistere a torsioni, rotolamenti e flessioni. I ricercatori hanno dimostrato la flessibilità della "batteria" piegandola in una gru origami, che non ha influito sulle sue prestazioni. Il dispositivo MEG potrebbe già essere applicabile a causa della facilità di ridimensionamento e delle materie prime disponibili in commercio.

"Dopo aver assorbito l'acqua, un singolo pezzo di tessuto che genera energia da 1,5 x 2 cm può fornire fino a 0,7 V per oltre 150 ore in un ambiente costante", ha affermato il dottor Zhang Yaoxing del team di ricerca.

Il team NUS ha anche dimostrato con successo la scalabilità del suo nuovo dispositivo energetico per varie applicazioni. Il team NUS ha collegato tre pezzi di questo "tessuto" e li ha inseriti in una custodia stampata in 3D delle dimensioni di una batteria AA standard. La tensione del dispositivo assemblato era di 1,96 V.

La scalabilità dell'invenzione NUS, la comodità di ottenere materie prime disponibili in commercio e il basso costo di produzione rendono questa invenzione adatta per la produzione di massa. I ricercatori hanno già richiesto un brevetto e intendono esplorare potenziali strategie di commercializzazione per applicazioni nel mondo reale.

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