Des scientifiques ont inventé une "batterie" qui se charge à partir de l'humidité de l'air

Une équipe de chercheurs du College of Design and Engineering de l'Université nationale de Singapour (NUS) a mis au point un dispositif ultra-mince pour générer de l'électricité à partir de l'humidité de l'air (MEG). Il est composé d'une fine couche de tissu d'environ 0,3 mm d'épaisseur, de sel marin, d'encre au carbone et d'un gel spécial absorbant l'eau. Cette avancée technologique a été publiée dans la version imprimée de la revue scientifique Matériaux avancés 26 mai 2022. Utilisant du sel de mer comme absorbant d'humidité respectueux de l'environnement, cette "pile" semblable à un tissu fournit une puissance électrique plus élevée qu'une pile AA ordinaire. Il peut potentiellement être utilisé pour alimenter l'électronique de tous les jours.

Le concept des appareils MEG est basé sur la capacité de divers matériaux à générer de l'électricité en interagissant avec l'humidité de l'air. Ce domaine est intéressant en raison de son potentiel d'utilisation pour alimenter une grande variété d'appareils, y compris l'électronique personnelle, les capteurs cutanés électroniques et les dispositifs de stockage d'informations.

Les principaux problèmes des technologies MEG modernes sont la saturation en eau de l'appareil sous l'influence de l'humidité ambiante et des caractéristiques électriques insatisfaisantes. C'est-à-dire que l'énergie électrique produite par de tels dispositifs n'est pas durable, ni suffisante pour alimenter les dispositifs.

Pour surmonter ces défis, une équipe de recherche dirigée par le professeur agrégé Tan Swee Ching du Département de science et génie des matériaux du CDE a développé un nouveau dispositif MEG contenant deux régions aux propriétés différentes. Le dispositif MEG de l'équipe NUS consiste en une fine couche de tissu recouverte de nanoparticules de carbone. Dans leur étude, l'équipe a utilisé de la pâte de bois et du tissu en polyester disponibles dans le commerce.

La zone "humide" du tissu est recouverte d'un hydrogel ionique hygroscopique. Grâce à l'utilisation de sel marin, un gel spécial absorbant l'eau peut absorber six fois son poids initial d'humidité. C'est lui qui est responsable de la collecte de l'humidité de l'air. La zone "sèche" du tissu opposé ne contient pas de couche hygroscopique. Cela est nécessaire pour que l'absorption d'eau soit limitée à la zone "humide".

L'énergie est générée lorsque les ions du sel marin sont séparés en absorbant l'eau dans la région "humide". Les ions libres de charge positive (cations) sont absorbés par les nanoparticules de carbone, qui ont une charge négative. Cela provoque des changements à la surface du tissu, créant un champ électrique sur celui-ci. Ces changements permettent également au tissu de stocker de l'énergie pour une utilisation ultérieure.

En utilisant une combinaison de zones "humides" et "sèches" sur le tissu, il est possible d'assurer une forte teneur en humidité dans la première et une faible teneur en humidité dans la seconde. Cela permet de maintenir la puissance électrique même lorsque la zone "humide" est saturée d'eau. Après que la "batterie" ait été laissée dans un environnement ouvert et humide pendant 30 jours, l'humidité était toujours retenue dans la zone "humide", démontrant l'efficacité de l'appareil à maintenir l'alimentation électrique.

La conception de l'équipe de Singapour a également fait preuve d'une grande flexibilité et a pu résister à la torsion, au roulement et à la flexion. Les chercheurs ont démontré la flexibilité de la "batterie" en la pliant dans une grue en origami, ce qui n'a pas affecté ses performances. Le dispositif MEG peut déjà être applicable en raison de la facilité de mise à l'échelle et des matières premières disponibles dans le commerce.

"Après avoir absorbé de l'eau, un seul morceau de tissu générateur d'énergie de 1,5 x 2 cm peut fournir jusqu'à 0,7 V pendant plus de 150 heures dans un environnement constant", a déclaré le Dr Zhang Yaoxing de l'équipe de recherche.

L'équipe NUS a également démontré avec succès l'évolutivité de son nouveau dispositif énergétique pour diverses applications. L'équipe NUS a connecté trois morceaux de ce "tissu" et les a placés dans un boîtier imprimé en 3D de la taille d'une pile AA standard. La tension de l'appareil assemblé était de 1,96 V.

L'évolutivité de l'invention NUS, la commodité d'obtenir des matières premières disponibles dans le commerce et le faible coût de fabrication rendent cette invention adaptée à la production de masse. Les chercheurs ont déjà déposé une demande de brevet et prévoient d'explorer des stratégies de commercialisation potentielles pour des applications dans le monde réel.

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