Аккумуляторы хорошо служат нам на протяжении десятилетий, но с уменьшением количества электронных устройств они становятся слишком тяжелыми и неэффективными для некоторых применений. Теперь исследователи из Университета Пенсильвании разработали новый тип робота, который питается сам, «поедая» металл из окружающей среды.
За счет накопления энергии аккумуляторы могут стать относительно тяжелыми и иметь ограниченный запас энергии до того, как им потребуется зарядка. Некоторые устройства преодолевают это, собирая энергию из окружающей среды — думая, что-то вроде солнечных батарей. Но они действительно работают только в определенных условиях и имеют низкую удельную мощность, поэтому они не могут очень быстро выводить энергию из окружающей среды.
Поэтому исследователи из Penn Engineering решили разработать устройство с использованием лучших из двух миров. Это устройство использовало бы быстродействующую химию батареи, но собирало ингредиенты из окружающей среды, в частности, из металла и воздуха. Команда называет это металлическим воздухоочистителем (MAS).
Конструкция MAS по-прежнему будет иметь базовую компоновку батареи, включая катод, анод и электролит. Но умная часть заключается в том, что анод не встроен в устройство — любая металлическая поверхность, через которую проходит MAS, будет выполнять эту функцию.
Катод изготовлен из углерода, покрыт политетрафторэтиленом (ПТФЭ) и содержит нано-шарики из платины, встроенные внутрь. Электролит представляет собой гидрогель, содержащий соленую воду. Когда это желеобразное пятно перетаскивается поверх металлической поверхности, оно окисляет металл внизу, разрушая химические связи, чтобы привести себя в действие. В то же время материал катода восстанавливает кислород из воздуха над ним.
«У нашей MAS плотность мощности в 10 раз выше, чем у лучших харвестеров, и мы можем конкурировать с батареями», — говорит Джеймс Пикуль, ведущий исследователь исследования. «Он использует химию батарей, но не имеет соответствующего веса, потому что он отбирает эти химические вещества из окружающей среды».
Исследователи продемонстрировали эту технологию, подключив систему MAS к модельному электромобилю, который тащил гидрогель вдоль алюминиевой поверхности. Автомобиль с автономным питанием ездил по кругу, неся лишь небольшое количество воды для регулярного повторного увлажнения гидрогеля.
«Плотность энергии — это отношение доступной энергии к весу, который необходимо нести», — говорит Пикуль. «Даже учитывая вес дополнительной воды, MAS имел в 13 раз больше плотности энергии литий-ионного аккумулятора, потому что транспортное средство должно нести только гидрогель и катод, а не металл или кислород, которые обеспечивают энергию».
Процесс окисления действительно влияет на поверхность, по которой движется устройство, оставляя после себя тонкий слой ржавчины. Но команда говорит, что это влияет только на верхние 100 микрон поверхности, поэтому она не должна наносить существенного структурного повреждения.
Команда говорит, что эту систему можно использовать для питания небольших интернет-устройств, таких как датчики на транспортных контейнерах.
Исследование было опубликовано в журнале ACS Energy Letters . Команда демонстрирует систему MAS на видео ниже.