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Des chercheurs inventent un appareil ultra-mince auto-rechargeable qui génère de l'électricité à partir de l'humidité de l'air

Imaginez pouvoir générer de l’électricité en exploitant l’humidité de l’air autour de vous avec des objets de tous les jours comme du sel de mer et un morceau de tissu, ou même alimenter des appareils électroniques de tous les jours avec une batterie non toxique aussi good que du papier. Une équipe de chercheurs du Collège de conception et d’ingénierie (CDE) de l’Université nationale de Singapour (NUS) a mis au position un nouveau dispositif de génération d’électricité par l’humidité (MEG) constitué d’une fantastic couche de tissu d’environ, 3 millimètre (mm) de diamètre. épaisseur – sel de mer, encre au carbone et gel spécial absorbant l’eau.

Le idea des appareils MEG repose sur la capacité de différents matériaux à générer de l’électricité à partir de l’interaction avec l’humidité de l’air. Ce domaine suscite un intérêt croissant en raison de son potentiel pour une substantial gamme d’applications réelles, y compris des appareils auto-alimentés tels que l’électronique moveable comme les moniteurs de santé, les capteurs cutanés électroniques et les dispositifs de stockage d’informations.

Les principaux défis des systems MEG actuelles incluent la saturation en eau de l’appareil lorsqu’il est exposé à l’humidité ambiante et des performances électriques insatisfaisantes. Ainsi, l’électricité générée par les appareils MEG conventionnels est insuffisante pour alimenter les appareils électriques et n’est pas non in addition strong.

Pour surmonter ces défis, une équipe de recherche dirigée par le professeur adjoint Tan Swee Ching du Département de science et génie des matériaux du CDE a conçu un nouveau dispositif MEG contenant deux régions de propriétés différentes pour maintenir perpétuellement une différence de teneur en eau entre les régions afin de générer de l’électricité. et permettre une output électrique pendant des centaines d’heures.

Cette avancée technologique a été publiée dans la model imprimée de la revue scientifique Sophisticated Elements le 26 mai 2022.

“Batterie” à base de tissu car-rechargeable de longue durée

Le dispositif MEG de l’équipe NUS consiste en une wonderful couche de tissu recouverte de nanoparticules de carbone. Dans leur étude, l’équipe a utilisé un tissu disponible dans le commerce composé de pâte de bois et de polyester.

Une région du tissu est enduite d’un hydrogel ionique hygroscopique, et cette région est connue sous le nom de région humide. Fabriqué à partir de sel de mer, le gel spécial absorbant l’eau peut absorber as well as de six fois son poids d’origine, et il est utilisé pour récolter l’humidité de l’air.

“Le sel de mer a été choisi comme composé absorbant l’eau en raison de ses propriétés non toxiques et de son potentiel à fournir une possibility tough aux usines de dessalement pour éliminer le sel de mer et la saumure générés”, a expliqué le professeur Asst Tan.

L’autre extrémité du tissu est la région sèche qui ne contient pas de couche d’hydrogel ionique hygroscopique. Il s’agit de s’assurer que cette région est maintenue sèche et que l’eau est confinée à la région humide.

Une fois l’appareil MEG assemblé, l’électricité est générée lorsque les ions de sel marin sont séparés lorsque l’eau est absorbée dans la région humide. Les ions libres de demand optimistic (cations) sont absorbés par les nanoparticules de carbone chargées négativement. Cela provoque des changements à la surface area du tissu, générant un champ électrique à travers celui-ci. Ces modifications de la area donnent également au tissu la capacité de stocker de l’électricité pour une utilisation ultérieure.

En utilisant une conception special de régions humides et sèches, les chercheurs du NUS ont pu maintenir une teneur élevée en eau dans la région humide et une faible teneur en eau dans la région sèche. Cela maintiendra la output électrique même lorsque la région humide est saturée d’eau. Après avoir été laissé dans un environnement humide ouvert pendant 30 jours, l’eau était toujours maintenue dans la région humide démontrant l’efficacité de l’appareil à maintenir la production électrique.

“Avec cette framework asymétrique exclusive, les performances électriques de notre appareil MEG sont considérablement améliorées par rapport aux systems MEG précédentes, permettant ainsi d’alimenter de nombreux appareils électroniques courants, tels que les moniteurs de santé et l’électronique moveable”, a expliqué le professeur Asst Tan.

Le dispositif MEG de l’équipe a également fait preuve d’une grande flexibilité et a pu résister aux contraintes de torsion, de roulement et de flexion. Fait intéressant, sa flexibilité exceptionnelle a été démontrée par les chercheurs en pliant le tissu en une grue en origami qui n’a pas affecté les performances électriques globales de l’appareil.

Alimentation moveable et furthermore

Le dispositif MEG a des purposes immédiates en raison de sa facilité d’évolutivité et des matières premières disponibles dans le commerce. L’une des programs les plus immédiates est l’utilisation en tant que source d’alimentation portable pour l’électronique d’alimentation cell directement par l’humidité ambiante.

“Après absorption d’eau, un morceau de tissu générateur d’énergie de 1,5 sur 2 centimètres peut fournir jusqu’à, 7 volts (V) d’électricité pendant plus de 150 heures dans un environnement constant”, a déclaré le Dr Zhang Yaoxin, membre de l’équipe de recherche.

L’équipe NUS a également démontré avec succès l’évolutivité de son nouvel appareil dans la manufacturing d’électricité pour différentes programs. L’équipe NUS a connecté ensemble trois pièces du tissu générateur d’énergie et les a placées dans un boîtier imprimé en 3D de la taille d’une pile AA typical. La rigidity de l’appareil assemblé a été testée pour atteindre une valeur aussi élevée que 1,96 V – moreover élevée qu’une pile AA commerciale d’environ 1,5 V – ce qui est suffisant pour alimenter de petits appareils électroniques tels qu’un réveil.

L’évolutivité de l’invention NUS, la commodité d’obtenir des matières premières disponibles dans le commerce ainsi que le faible coût de fabrication d’environ, 15 dollar singapourien par mètre carré rendent le dispositif MEG adapté à la creation de masse.

“Notre appareil présente une excellente évolutivité à un faible coût de fabrication. Par rapport à d’autres buildings et appareils MEG, notre creation est furthermore easy et furthermore facile pour la mise à l’échelle des intégrations et des connexions. Nous pensons qu’elle est très prometteuse pour la commercialisation”, a déclaré Asst Prof Tan.

Les chercheurs ont déposé un brevet pour la technologie et prévoient d’explorer des stratégies de commercialisation potentielles pour des apps dans le monde réel.

Vidéo  : https://youtu.be/8WOh-trN9cw