Energiankeruuta metallia syöden

16.04.2020

Penn-uusi-energian-keruu-roboteille-275.jpgKun elektroniikka tarvitsee omia virtalähteitä, on olemassa kaksi perusvaihtoehtoa: akut tai pienenergian harvesterit ja aurinkokennot.

Akut varastoivat energiaa sisäisesti, mutta ovat raskaita ja toiminta on rajallista. Aurinkopaneelit ja muut keruuratkaisut tarvitsevat käytännön sovelluksissa avuksi myös akkuja.

Pennsylvanian uusi tutkimus kattaa ensimmäistä kertaa kuilun näiden kahden perustekniikan välillä metalli-ilma energiankeruun laitteella, joka ottaa käyttöön parhaat puolet molemmista maailmoista.

Tämä metal-air scavenger (MAS) -laite toimii kuin akku, sillä se tuottaa virtaa katkaisemalla ja muodostamalla useita kemiallisia sidoksia toistuvasti. Mutta se toimii myös kuin harvesteri, sillä sen ympäristössä oleva energia tuottaa virtaa: erityisesti kemialliset sidokset metallissa ja ilmassa.

Tuloksena on virtalähde, jolla on 10 kertaa enemmän tehotiheyttä kuin parhaimmilla pienenergian harvestereilla ja 13 kertaa enemmän energiatiheyttä kuin litiumioni-akuilla.

Pitkällä tähtäimellä tämäntyyppiset energialähteet voisivat olla perusta uudelle robotiikan paradigmalle, jossa koneet pitävät itsensä voimissaan etsimällä ja “syömällä” metallia ja rikkomalla sen kemiallisia siteitä energiaksi, kuten ihmiset tekevät ruoan kanssa.

Lähitulevaisuudessa tämä tekniikka antaa jo virran parille spin-off-yrityksille. Saavutus on myös Pennin vuosittaisen Y-Prize Competitionin voittaja.

"MAS-laitteellamme on tiheys, joka on kymmenen kertaa parempi kuin parhailla harvestereilla ja lisäksi voimme kilpailla akkujen kanssa. Se käyttää akkukemiaa mutta sillä ei ole siihen liittyvää painoa koska se ottaa nämä kemikaalit ympäristöstä”, toteaa professori James Pikul.

Kuten perinteinen akku, tutkijoiden MAS alkaa katodilla, joka on kytketty virtaa käyttävään laitteeseen. Katodin alla on laatta hydrogeeliä, joka on huokoinen polymeeriketjujen verkko, joka johtaa elektroneja metallin pinnan ja katodin välillä kuljettamiensa vesimolekyylien kautta.

Koska hydrogeeli toimii elektrolyyttinä, mikä tahansa metallipinta, johon se koskettaa, toimii akun anodina, jolloin elektronit voivat virrata katodiin ja antaa virtaa kytketylle laiteelle.

Tutkimuksensa yhteydessä tutkijat yhdistivät pienen sähköauton MAS-laitteeseen. Vetämällä hydrogeeliä perässään, MAS-ajoneuvo hapetti metallipinnat, joiden yli se kulki, jättäen jälkeensä mikroskooppisen ruostekerroksen. Ajoneuvon säiliöstä valuu jatkuvasti vettä hydrogeeliin sen pitämiseksi kosteana .

Tutkijat testasivat MAS-ajoneuvoja myös sinkillä ja ruostumattomalla teräksellä. Eri metallit antavat MAS-laitteelle erilaisia energiatiheyksiä riippuen niiden hapettumispotentiaalista.

Tämä hapettumisreaktio tapahtuu vain 100 mikronin ulottuvuudella pinnasta, joten vaikka MAS saattaa käyttää kaikki helposti saatavilla olevat sidokset toistuvilla ajoillaan, on pieni riski, että se aiheuttaa merkittäviä rakenteellisia vaurioita metallille, jota se ruostuttaa.

Aiheesta aiemmin:

Sähköä ruosteen avulla

08.12.2022Pietsosähköä halliten ja tehostaen
07.12.2022Neljä ulottuvuutta kvanttiviestintään
06.12.2022Akkuelektrodeita kehittäen
05.12.2022Uusi konsepti aurinkokennoille
02.12.2022Monitoimiset metapintojen antennit
01.12.2022Paremmilla transistoreilla vai peräti ilman
30.11.2022Kasvihuonekaasu CO2 akun komponentiksi
29.11.2022Kuitua kvanttiviestinnälle
28.11.2022Älykkäästi reagoivaa materiaalia
25.11.2022Aikalinssi tuottaa ultranopeita pulsseja

Siirry arkistoon »