Cientistas inventaram uma "bateria" que carrega com a umidade do ar

Uma equipe de pesquisadores da Faculdade de Design e Engenharia da Universidade Nacional de Cingapura (NUS) desenvolveu um dispositivo ultrafino para gerar eletricidade usando umidade do ar (MEG). É feito de uma fina camada de tecido com cerca de 0,3 mm de espessura, sal marinho, tinta de carbono e um gel especial absorvente de água. Este avanço tecnológico foi publicado na versão impressa da revista científica Materiais avançados 26 de maio de 2022. Usando sal marinho como um absorvente de umidade ecologicamente correto, esta "bateria" semelhante a tecido fornece uma saída elétrica mais alta do que uma bateria AA comum. Ele pode potencialmente ser usado para alimentar eletrônicos do dia-a-dia.

O conceito de dispositivos MEG é baseado na capacidade de vários materiais de gerar eletricidade interagindo com a umidade do ar. Esta área é de interesse devido ao seu potencial de ser usado para alimentar uma ampla variedade de dispositivos, incluindo eletrônicos pessoais, sensores eletrônicos de pele e dispositivos de armazenamento de informações.

Os principais problemas das modernas tecnologias MEG são a saturação de água do dispositivo sob a influência da umidade ambiental e características elétricas insatisfatórias. Ou seja, a energia elétrica produzida por tais dispositivos não é sustentável, nem suficiente para alimentar os dispositivos.

Para superar esses desafios, uma equipe de pesquisa liderada pelo professor associado Tan Swee Ching, do Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais do CDE, desenvolveu um novo dispositivo MEG contendo duas regiões com propriedades diferentes. O dispositivo MEG da equipe do NUS consiste em uma fina camada de tecido revestido com nanopartículas de carbono. Em seu estudo, a equipe usou polpa de madeira e tecido de poliéster comercialmente disponíveis.

A área "úmida" do tecido é coberta com um hidrogel iônico higroscópico. Graças ao uso de sal marinho, um gel especial de absorção de água pode absorver seis vezes seu peso original de umidade. É ele quem é responsável por coletar a umidade do ar. A área "seca" do tecido oposto não contém uma camada higroscópica. Isso é necessário para que a absorção de água fique limitada à área "úmida".

A energia é gerada quando os íons do sal marinho são separados pela absorção de água na região "úmida". Íons livres com carga positiva (cátions) são absorvidos por nanopartículas de carbono, que possuem carga negativa. Isso provoca alterações na superfície do tecido, criando um campo elétrico sobre ele. Essas mudanças também permitem que o tecido armazene energia para uso posterior.

Usando uma combinação de áreas "molhadas" e "secas" no tecido, é possível garantir um alto teor de umidade no primeiro e um baixo teor de umidade no segundo. Isso permite que a saída elétrica seja mantida mesmo quando a área "úmida" estiver saturada com água. Após a "bateria" ser deixada em ambiente aberto e úmido por 30 dias, a umidade ainda era retida na área "úmida", demonstrando a eficácia do aparelho na manutenção da energia elétrica.

O projeto da equipe de Cingapura também demonstrou alta flexibilidade e foi capaz de suportar torções, rolamentos e flexões. Os pesquisadores demonstraram a flexibilidade da "bateria" dobrando-a em um guindaste de origami, o que não afetou seu desempenho. O dispositivo MEG pode já ser aplicável devido à facilidade de dimensionamento e matérias-primas disponíveis comercialmente.

"Depois de absorver água, um único pedaço de tecido gerador de energia de 1,5 x 2 cm pode fornecer até 0,7 V por mais de 150 horas em um ambiente constante", disse o Dr. Zhang Yaoxing da equipe de pesquisa.

A equipe NUS também demonstrou com sucesso a escalabilidade de seu novo dispositivo de energia para várias aplicações. A equipe da NUS conectou três peças desse "tecido" e as colocou em uma caixa impressa em 3D do tamanho de uma bateria AA padrão. A tensão do dispositivo montado era de 1,96 V.

A escalabilidade da invenção NUS, a conveniência de obter matérias-primas comercialmente disponíveis e o baixo custo de fabricação tornam esta invenção adequada para produção em massa. Os pesquisadores já solicitaram uma patente e planejam explorar possíveis estratégias de comercialização para aplicações no mundo real.

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