Изобретен самозаряжающийся от влаги из воздуха аккумулятор на графене

Май 13, 2022

Учёные считают, что половина попадающей на Землю солнечной энергии расходуется на испарение воды с её поверхности. Австралийская компания Strategic Elements поставила перед собой цель задействовать хотя бы часть этой энергии в виде электричества.

Совместно с местными учёными компания разработала аккумулятор, который заряжается сам исключительно за счёт разницы во влажности на его электродах: чем выше влажность, тем быстрее происходит заряд.

В сообщении на своём сайте Strategic Elements умолчала о деталях технологии, которая лежит в основе разработки «энергетических чернил» (Energy Ink). Однако информация о научных партнёрах из Университета Нового Южного Уэльса (UNSW) и Государственного объединения научных и прикладных исследований (CSIRO) даёт понять, о какой разработке может идти речь.

Дело в том, что не так давно группа учёных из UNSW и CSIRO в журнале Nano Energy опубликовала статью об аккумуляторе, работающем на градиенте (перепаде) влажности. В основе разработки лежит оксид графена, о котором также говорит компания Energy Ink. Оксид графена в аккумуляторе играет роль носителя ионов и средой для их появления в процессе поглощения влаги из воздуха. Электродами служат слой легированного фтором оксида олова (FTO) и серебра.

В сухом «функциональном слое» из оксида графена протоны иммобилизованы (зафиксированы) и неподвижны. При появлении перепада влажности одна сторона начинает поглощать из воздуха молекулы воды, в процессе чего происходит их ионизация, что также вызывает образование карбоновой кислоты (COOH) и положительно заряженных ионов водорода (гидридов). С влажной стороны гидридов больше и ионы мигрируют в сторону сухой стороны слоя оксида графена, что приводит к созданию разности потенциалов или напряжения на электродах. По мере высыхания гидриды возвращаются в исходное состояние. Образование влаги вновь запускает процесс, и устройство снова заряжается и готово к работе.

Разработчики уверяют, что прототип аккумулятора будет представлен в третьем квартале этого года. В ходе экспериментов аккумулятор смог выработать напряжение 0,85 В и ток 92,8 мкА на квадратный сантиметр поверхности. Уточним, батарея изготавливается из гибких материалов и обещает первой попасть на рынок электронных пластырей медицинского назначения. В теории она даже сейчас способна обеспечить питание подавляющему числу носимой электроники только за счёт работы от пота на коже человека.

Для производства гибкого самозаряжающегося от влаги в воздухе аккумулятора ёмкостью один ампер-час необходимо создать элемент площадью 36 см². Для демонстрации концепции компания изготовит элемент площадью 100 см² и имеет потенциальную возможность изготовить элемент площадью 3 м². Ждём интересных результатов.