دستگاه جدیدی که با جذب رطوبت هوای محیط، برق تولید می‌کند
تبلیغات
دستگاه مذکور لایه نازکی به ضخامت 0.3 میلی‌متر دارد که حاوی نمک دریا، جوهر کربن و ژل مخصوص جذب‌کننده آب است.
برخی مواد در صورت برهم‌کنش با رطوبت هوا برق تولید می‌کنند. دانش و فناوری تولید برق از رطوبت هوا (به‌انگلیسی MEG، مخفف moisture-driven electricity generation) چون کاربردهای واقعیِ گسترده و متعددی دارد، بسیار مورد توجه دانشمندان است. برقی که با این شیوه تولید می‌شود، برای مثال می‌تواند انرژی موردنیاز پوشیدنی‌های الکترونیکی از جمله پایشگرهای سلامت، حسگرهای پوست الکترونیک و تجهیزات ذخیره‌سازی اطلاعات را تامین کند.
دستگاه‌های فعلی تولید برق از رطوبت هوا (MEG) با دو چالش مهم مواجهند: یکی این‌که وقتی رطوبت محیط را جذب می‌کنند، از آب اشباع می‌شوند و دیگر این‌که بازده الکتریکی آن‌ها چشمگیر نیست. بنابراین، برقی که تولید می‌کنند، نه پایدار است و نه برای تامین انرژی تجهیزات برقی کافی است.
برای غلبه بر این چالش‌ها محققان دانشگاه ملی سنگاپور به رهبری دانش‌یار «تان سووی چینگ1» از گروه آموزشیِ علوم و مهندسی مواد، نوعی مولد برق رطوبت‌محورِ جدید ساخته‌اند که از دو منطقه متفاوت، یکی خشک و دیگری مرطوب تشکیل شده است و با حفظ اختلاف رطوبت موجود بین این‌دو منطقه، برق تولید می‌کند. توان این دستگاه برای تولید صدها ساعت برق کافی است.
باتری بادوام خودشارژ
این مولد جدید برق، حاوی لایه پارچه‌ای نازکی پوشیده از نانوذره‌های کربنی است. پارچه‌ی مذکور از پالپ چوب و پلی‌استر ساخته شده و در بازار قابل تهیه است.
محققان بخشی از پارچه را با آب‌ژلِ یونیِ جاذب رطوبت (hygroscopic) پوشاندند. این بخش، همان منطقه مرطوب است. ژلِ جاذبِ آب که از نمک دریا ساخته شده است و 6 برابر وزن خود آب جذب می‌کند، رطوبت موجود در هوا را به‌خود می‌کشد. انتهای دیگر پارچه یا همان منطقه خشک، لایه جاذب رطوبت ندارد. درنتیجه، آب فقط در منطقه مرطوب محصور می‌ماند.
پس از جذب شدن آب در منطقه مرطوب و سپس جدا شدن یون‌های نمک دریا، برق تولید می‌شود. یون‌های آزاد با بار الکتریکی مثبت (کاتیون) بوسیله نانوذره‌های کربن که بار الکتریکی منفی دارند جذب می‌شوند. فرآیند یادشده، روی پارچه میدان الکتریکی ایجاد می‌کند و نتیجتاً پارچه می‌تواند برق را برای استفاده‌های بعدی ذخیره کند.
محققان با کمک این طرح جدید، یعنی تقسیم کردن مولد به دو منطقه خشک و مرطوب، توانستند آب فراوانی را در منطقه مرطوب محصور کنند و بالعکس در منطقه خشک، آب کمی نگه دارند. درنتیجه، حتی وقتی که منطقه مرطوب با آب اشباع می‌شود نیز خروجی برق، پایدار خواهدبود. پژوهشگران این وسیله را 30 روز در فضای باز مرطوب قرار دادند و مشاهده کردند که منطقه مرطوب حتی پس از گذشت این مدت نیز هنوز رطوبت دارد. لذا با چنین وسیله‌ای می‌توان برق پایدار تولید کرد.
«تان» می‌گوید، با این ساختار نامتقارن منحصربه‌فرد، بازده مولد برق آن‌ها در مقایسه با فناوری‌های پیشین، به‌طرز چشمگیری بیشتر است و بنابراین، دستگاه مذکور می‌تواند برق وسایل برقی رایجی مثل پایشگر سلامت و پوشیدنی‌های الکترونیکی را تامین کند.
این وسیله همچنین بسیار انعطاف‌پذیر است و فشار ناشی از پیچش، لوله شدن و خمیدگی را تاب می‌آورد. محققان برای نشان دادن میزان انعطاف‌پذیری مولد جدید، با استفاده از هنر تا زند کاغذ (اوریگامی) آن‌را آن‌قدر تا زدند که بشکل یک درنا درآمد، اما بازده الکتریکی آن در کل تنزل نکرد.
منبع برق سیار
این مولد برق رطوبت‌محور، بسیار مقیاس‌پذیر است، یعنی می‌توان متناسب با نیاز کاربر آن‌را گسترش داد. ضمنا در ساخت آن از مواد رایج موجود در بازار استفاده شده است که این نیز خود مزیت مهمی است. چنین مولدی می‌تواند منبع برق سیار شما باشد و با تولید مستقیم برق از رطوبت هوا، انرژی موردنیاز تجهیزات الکترونیکی سیار را تامین کند.
دکتر «ژانگ یائوکسین2» از اعضای تیم تحقیقاتی می‌گوید، پس از آنکه دستگاه، آب را جذب کرد، هر پارچه مولد برق با ابعاد 1.5 در 2 سانتی‌متر می‌تواند در شرایط محیطیِ ثابت، به‌مدت 150 ساعت تا 0.7 ولت برق تولید کند.
محققان همچنین برای اثبات مقیاس‌پذیری این دستگاه جدید، 3 پارچه مولد برق را به هم وصل کردند و آن‌ها را در محفظه‌ای هم‌اندازه یک باتری استاندارد AA تقریبا 1.5 ولتی قرار دادند. ولتاژ مولد جدید تا 1.96 ولت رسید که بوضوح، بیشتر از ولتاژ باتری‌های تقریبا 1.5 ولتی AA بود. این میزان برق برای وسایل الکترونیکی کوچکی مثل ساعت شماطه‌دار کافی است.
مقیاس‌پذیری این مولد برق، سهولت تهیه مواد خام موردنیاز جهت ساخت آن و نیز کم‌هزینه بودن تولیدش که تقریبا 0.15 دلار به‌ازای هر متر مربع است، تولید انبوه آن‌را تسهیل می‌کند. محققان حق اختراع این فناوری را ثبت کرده‌اند و می‌خواهند راهبردهای تجاری‌سازی در جهت کاربردی کردنش را بررسی کنند.
پی‌نوشت:
- Tan Swee Ching
- Zhang Yaoxin
- Qu Hao
