공기 수분에서 전기를 생성하는 자체 충전, 초박형 장치 발명

공기 수분에서 전기를 생성하는 자체 충전, 초박형 장치 발명 날짜:2022년 8월 17일 원천:싱가포르 국립 대학교 요약: 연구원들은 얇은 천, 바다 소금, 탄소 잉크 및 특수 수분 흡수 젤로 만든 새로운 수분 구동 전력 생성 장치를 개발했습니다. 이 장치는 직물의 한쪽 끝을 건조하게 유지하고 다른 쪽 끝은 영구적으로 젖게 유지하여 작동합니다. 탄소 코팅 직물의 습한 부분과 건조한 부분의 수분 함량의 차이는 전류를 생성합니다. 이 재충전 가능한 패브릭 같은 배터리는 150시간 이상 동안 전기를 생산할 수 있으며 기존의 AA 배터리보다 더 높은 전기 출력을 제공하여 잠재적으로 일상적인 전자 제품에 전력을 공급할 수 있습니다. 바다 소금과 천 조각과 같은 일상 용품으로 주변 공기의 수분을 활용하여 전기를 생성하거나 종이만큼 얇은 무독성 배터리로 일상 전자 제품에 전원을 공급할 수 있다고 상상해보십시오. NUS(National University of Singapore)의 디자인 및 엔지니어링 대학(CDE)의 연구원 팀은 두께가 약 0.3mm(mm)인 얇은 천 층으로 만든 새로운 수분 구동 발전(MEG) 장치를 개발했습니다. 두께 -- 바다 소금, 탄소 잉크 및 특수 흡수 젤. MEG 장치의 개념은 공기 중의 수분과 상호 작용하여 전기를 생성하는 다양한 재료의 능력에 기반합니다. 이 영역은 건강 모니터, 전자 피부 센서 및 정보 저장 장치와 같은 웨어러블 전자 장치와 같은 자가 전원 장치를 포함하여 실제 응용 프로그램의 광범위한 가능성으로 인해 점점 더 많은 관심을 받고 있습니다. 현재 MEG 기술의 주요 과제는 주변 습도에 노출될 때 장치의 수분 포화도와 불만족스러운 전기적 성능을 포함합니다. 따라서, 기존 MEG 장치에 의해 생성된 전기는 전기 장치에 전력을 공급하기에 불충분하고 지속 가능하지 않습니다. 이러한 문제를 극복하기 위해 CDE 산하 재료 과학 및 공학부의 Tan Swee Ching 조교수가 이끄는 연구팀은 전기를 생성하기 위해 지역에 걸쳐 수분 함량의 차이를 영구적으로 유지하기 위해 서로 다른 특성의 두 영역을 포함하는 새로운 MEG 장치를 고안했습니다. 수백 시간 동안 전기 출력을 허용합니다. 이 기술 혁신은 2022년 5월 26일 과학 저널 Advanced Materials 의 인쇄판에 게재되었습니다 . 오래 지속되는 자체 충전 패브릭 기반 '배터리' NUS 팀의 MEG 장치는 탄소 나노 입자로 코팅된 얇은 천 층으로 구성됩니다. 그들의 연구에서 팀은 목재 펄프와 폴리에스터로 만든 상업적으로 이용 가능한 천을 사용했습니다. 직물의 한 영역은 흡습성 이온 하이드로겔로 코팅되어 있으며 이 영역을 습윤 영역이라고 합니다. 바다 소금을 사용하여 만든 특수 수분 흡수 젤은 원래 무게의 6배 이상을 흡수할 수 있으며 공기에서 수분을 수확하는 데 사용됩니다. "바다 소금은 무독성 특성과 생성된 바다 소금과 염수를 처리하기 위해 담수화 플랜트에 지속 가능한 옵션을 제공할 수 있는 잠재력으로 인해 흡수성 화합물로 선택되었습니다."라고 Tan Asst Prof가 말했습니다. 직물의 다른 쪽 끝은 흡습성 이온 하이드로겔 층을 포함하지 않는 건조 영역입니다. 이것은 이 영역이 건조하게 유지되고 물이 습한 영역으로 제한되도록 하기 위한 것입니다. MEG 소자가 조립되면 습한 부분에 물이 흡수되면서 해염의 이온이 분리되어 전기가 발생한다. 양전하를 띤 자유 이온(양이온)은 음전하를 띤 탄소 나노 입자에 흡수됩니다. 이것은 직물의 표면에 변화를 일으켜 직물을 가로질러 전기장을 생성합니다. 표면에 대한 이러한 변화는 또한 직물이 나중에 사용하기 위해 전기를 저장할 수 있는 능력을 제공합니다. NUS 연구원들은 습한 지역의 독특한 디자인을 사용하여 습한 지역의 높은 수분 함량과 건조한 지역의 낮은 수분 함량을 유지할 수 있었습니다. 이것은 젖은 영역이 물로 포화된 경우에도 전기 출력을 유지합니다. 개방된 습한 환경에 30일 동안 방치한 후에도 습한 지역에 물이 여전히 유지되어 전기 출력을 유지하는 데 있어 장치의 효과를 입증했습니다. "이 독특한 비대칭 구조를 통해 우리 MEG 장치의 전기적 성능은 이전 MEG 기술에 비해 크게 향상되어 건강 모니터 및 웨어러블 전자 장치와 같은 많은 일반적인 전자 장치에 전원을 공급할 수 있습니다."라고 Tan Asst Prof는 설명했습니다. 팀의 MEG 장치는 또한 높은 유연성을 보여주었으며 비틀림, 구르기 및 굽힘으로 인한 응력을 견딜 수 있었습니다. 흥미롭게도, 장치의 전반적인 전기적 성능에 영향을 미치지 않는 종이 접기 크레인으로 직물을 접음으로써 연구원들이 뛰어난 유연성을 보여주었습니다. 휴대용 전원 공급 장치 등 MEG 장치는 용이한 확장성과 상업적으로 이용 가능한 원자재로 인해 즉각적인 응용이 가능합니다. 가장 즉각적인 응용 프로그램 중 하나는 주변 습도에 의해 직접 전자 장치에 전원을 공급하는 모바일 전원으로 사용하는 것입니다. 연구팀의 Zhang Yaoxin 박사는 "흡수 후 1.5 x 2cm 크기의 발전 직물 한 조각이 일정한 환경에서 150시간 이상 최대 0.7V의 전기를 공급할 수 있다"고 말했다. NUS 팀은 또한 다양한 애플리케이션을 위한 전기를 생성하는 새로운 장치의 확장성을 성공적으로 시연했습니다. NUS 팀은 3개의 발전 패브릭 조각을 함께 연결하여 표준 AA 배터리 크기의 3D 인쇄 케이스에 넣었습니다. 조립된 기기의 전압은 최대 1.96V로 테스트됐다. 이는 상용 AA 배터리 약 1.5V보다 높으며, 이는 알람 시계와 같은 소형 전자 기기에 전원을 공급하기에 충분한 수준이다. NUS 발명의 확장성, 상업적으로 이용 가능한 원료를 얻을 수 있는 편리함, 평방미터당 약 S$0.15의 저렴한 제조 비용으로 MEG 장치는 대량 생산에 적합합니다. "저희 장치는 낮은 제조 비용으로 뛰어난 확장성을 보여줍니다. 다른 MEG 구조 및 장치와 비교할 때 우리 발명은 확장 통합 및 연결을 위해 더 간단하고 쉽습니다. 우리는 그것이 상업화에 대한 광대한 가능성을 가지고 있다고 믿습니다."라고 Tan Asst Prof가 말했습니다. 출처 : <a href="https://www.sciencedaily.com/" target="_blank" class="ke-link">https://www.sciencedaily.com/</a>