Устройство «поедает» металл и производит электроэнергию

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

Если электроприбору необходим автономный источник питания, возникает два варианта решения вопроса: аккумулятор или устройство сбора энергии. Батареи ограничены электроемкостью и прибавляют электроприборам дополнительную массу.

Сборщики энергии (комбайны), такие как солнечные панели, преобразуют энергию из окружающей среды в электричество. Это устраняет некоторые недостатки аккумуляторов, но порождает новые трудности. Сборщики работают только в узком коридоре условий и не дают надежное электроснабжение.

Исследование впервые ликвидирует с помощью окисления металла разрыв между двумя фундаментальными технологиями.

Этот металлический поглотитель воздуха работает и как батарея, так как электропитание появляется в ходе многократного формирования и разрушения химических связей, и как комбайн (харвестер), потому что химические реакции на поверхности металла поглощают вещества из окружающей среды.

В исследование [1] из журнала ACS Energy Letters говорится, что удельная мощность такого устройства в 10 раз выше, чем у лучших сборщиков, а плотность энергии в 13 раз больше, чем у ионно-литиевых батарей.

Рис. Между слоями поместили гидрогель - губчатая структура из полимерных соединений, которая с помощью молекул воды перемещает электроны между поверхностью металла и катодом. Предоставлено: Pikul Research Group, Penn Engineering

В будущем этот источник энергии станет основой для новой парадигмы робототехники, в которой машины ищут и преобразуют металл в собственное электропитание.

Эта технология уже готовится и внедряется в нескольких компаниях. Планируется питать автономные светильники и датчики металлических транспортных контейнеров.

«Комбайны, которые собирают солнечную, тепловую или кинетическую энергию, улучшаются». «Технология питает датчики и электронные компоненты, где нет сети или батарей. Пока трудность заключается в том, что энергия из окружающей среды поглощается с меньшей скоростью, чем расходуется».

Исследователи сконструировали моторизованную машинку, которая тащила за собой катод с гидрогелем. Металлическая поверхность, по которой двигалось устройство, окислялась. Это было видно по микроскопическому коррозионному слою.

Производительность установки повышалась, когда автомобиль проезжал по алюминиевой поверхности. На транспортном средстве расположился резервуар с водой, который непрерывно питал гидрогель, чтобы тот не высыхал.

Автомобиль также ездил по цинку и по нержавеющей стали. Металлы дают разную плотность энергии, так как окисляются неодинаково.

Реакция окисления проникает в металл на глубину до 100 микрон, поэтому присутствует риск того, что произойдет структурное разрушение материала.

Ссылки:

1. https://doi.org/10.1021/acsenergylett.9b02661

Источник: Penn Engineering