科學家發明了一種“電池”，可以利用空氣中的水分進行充電

新加坡國立大學 (NUS) 設計與工程學院的一組研究人員開發了一種超薄設備，可利用空氣中的水分 (MEG) 發電。 它由一層約 0,3 毫米厚的織物、海鹽、碳墨和特殊的吸水凝膠製成。 這項技術突破發表在科學期刊的印刷版上 先進材料 26 年 2022 月 日。 使用海鹽作為環保吸濕劑，這種類似織物的“電池”提供比普通 AA 電池更高的電力輸出。 它可以潛在地用於為日常電子產品供電。

MEG 設備的概念是基於各種材料通過與空氣中的水分相互作用來發電的能力。 這個領域很受關注，因為它有潛力為各種設備供電，包括個人電子產品、電子皮膚傳感器和信息存儲設備。

現代 MEG 技術的主要問題是設備在環境濕度影響下的水飽和度和不令人滿意的電氣特性。 也就是說，此類設備產生的電能是不可持續的，也不足以為設備供電。

為了克服這些挑戰，由 CDE 材料科學與工程系副教授 Tan Swee Ching 領導的研究小組開發了一種新的 MEG 設備，該設備包含兩個具有不同特性的區域。 新加坡國立大學團隊的 MEG 裝置由一層塗有碳納米顆粒的薄組織組成。 在他們的研究中，該團隊使用了市售的木漿和聚酯織物。

組織的“濕”區域覆蓋有吸濕性離子水凝膠。 由於使用了海鹽，一種特殊的吸水凝膠可以吸收其原始重量六倍的水分。 他負責從空氣中收集水分。 對面組織的“乾燥”區域不含吸濕層。 這是必要的，以便將水的吸收限制在“潮濕”區域。

當海鹽離子通過吸收“濕”區域中的水而分離時產生能量。 帶正電荷的自由離子（陽離子）被帶負電荷的碳納米顆粒吸收。 這會導致織物表面發生變化，從而在其上產生電場。 這些變化還允許組織儲存能量以備後用。

通過在織物上使用“濕”和“幹”區域的組合，可以確保前者的高水分含量和後者的低水分含量。 這允許即使在“潮濕”區域被水飽和時也能保持電輸出。 “電池”在開放、潮濕的環境中放置 30 天后，“潮濕”區域仍保留有水分，證明了該設備在維持電力方面的有效性。

新加坡隊的設計也表現出很高的靈活性，能夠承受扭曲、滾動和彎曲。 研究人員通過將“電池”折疊成摺紙起重機展示了它的靈活性，這並不影響其性能。 由於易於縮放和可商購的原材料，MEG 設備可能已經適用。

“吸水後，一塊 1,5x2cm 的能量產生織物可以在恆定的環境中提供高達 0,7V 的電壓超過 150 小時”，研究團隊的張耀興博士說。

NUS 團隊還成功展示了他們的新能源設備在各種應用中的可擴展性。 NUS 團隊將這種“織物”的三塊連接起來，並將它們放在一個標準 AA 電池大小的 3D 打印外殼中。 組裝設備的電壓為 1,96 V。

NUS 發明的可擴展性、獲得市售原材料的便利性以及低製造成本使本發明適合大規模生產。 研究人員已經申請了專利，併計劃探索實際應用的潛在商業化策略。

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