Устройство производит электроэнергию, «поедая» металл
Фото: Сборщик энергии. Penn Engineering. YouTube
23.04.2020 302

Удельная мощность в таком устройстве в 10 раз больше, чем у лучших сборщиков энергии, а плотность энергии в 13 раз выше, чем у ионно-литиевых батарей

Если электроприбору необходим автономный источник питания, может возникнуть два варианта решения вопроса: использование аккумулятора или устройства сбора энергии. Батареи имеют высокую массу и ограниченную ёмкость.

Сборщики энергии (комбайны или харвестеры), такие как солнечные панели, преобразуют энергию, взятую из окружающей среды, в электричество. Их использование позволяет устранить некоторые недостатки аккумуляторов, но порождает новые проблемы. Они могут работать только в определенных условиях и не могут обеспечить стабильное электроснабжение.

Новое исследование впервые ликвидирует разрыв между этими двумя фундаментальными технологиями, используя окисление металла.

Этот металлический поглотитель воздуха работает и как батарея, так как электропитание осуществляется путем многократного формирования и разрушения химических связей. Но также и как комбайн, потому что для протекания химических реакций на поверхности металла происходит поглощение вещества из окружающей среды.

Исследование опубликовано в журнале ACS Energy Letters.

Удельная мощность в таком устройстве в 10 раз больше, чем у лучших сборщиков энергии, а плотность энергии в 13 раз выше, чем у ионно-литиевых батарей.

Схема сборщика энергии (комбайна или харвестера)

Рис. Между слоями находится гидрогель - губчатая структура из полимерных соединений, которая с помощью содержащихся в ней молекул воды проводит электроны между поверхностью металла и катодом. В сочетании с гидрогелем, действующим как электролит, любая металлическая поверхность, с которой он взаимодействует, функционирует как анод обычной батареи, позволяя электронам двигаться в сторону катода и питать подключенное устройство. Предоставлено: Pikul Research Group, Penn Engineering

В долгосрочной перспективе, этот тип источника энергии может стать основой для выработки новой парадигмы, которая станет частью робототехники, в которой машины приводят сами себя в действие, разыскивая и поглощая металл, разрушая его химические связи для выработки энергии.

Эта технология уже готовится к внедрению в нескольких компаниях. Ее планируют использовать для питания автономных светильников и датчиков металлических транспортных контейнеров.

«Харвестеры, такие как те, которые собирают солнечную, тепловую или колебательную энергию, становятся лучше». «Они часто используются для питания датчиков и электроники, которые находятся вне сети и где нет кого-то, кто бы мог заменить батареи. Проблема в том, что они имеют низкую удельную мощность, то есть они не могут поглощать энергию из окружающей среды с такой же скоростью, с какой ее израсходует потребитель».

В рамках эксперимента исследователи использовали небольшой моторизованный автомобиль. Перетаскивая за собой катод с гидрогелем, он окислял металлическую поверхность, по которой он проезжал, оставляя после себя микроскопический коррозионный слой.

Чтобы продемонстрировать эффективность этого подхода, автомобиль ездил по алюминиевой поверхности. Транспортное средство было оснащено небольшим резервуаром, который непрерывно подавал воду в гидрогель, чтобы предотвратить его высыхание.

В целях эксперимента автомобиль также ездил по цинку и по нержавеющей стали. Различные металлы дают разные плотности энергии, в зависимости от их потенциала окисления.

Эта реакция окисления происходит в пределах 100 микрон от поверхности металла, поэтому, несмотря на то что устройство можно использовать во многих местах, существует небольшой риск того, что оно нанесет существенный структурный ущерб металлу, который подвергает разрушению.

 

Источник: Penn Engineering

Комментарии

Написать комментарий

Нажимая на кнопку, вы даете согласие на обработку персональных данных и соглашаетесь с политикой конфиденциальности