Tech

โลหะเหลวที่ห่อหุ้มด้วยไฮโดรเจลทำให้อุปกรณ์เก็บเกี่ยวพลังงานที่มีแนวโน้มดี

การผสมผสานที่ลงตัว — การเคลื่อนไหวทางกลไกใดๆ ก็ตามจะทำให้อุปกรณ์เสียรูป เช่น การบีบ การยืด การบิดตัว Jennifer Ouellette – 30 ก.ย. 2564 21:07 น. UTC ขยาย / นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยแห่งรัฐนอร์ทแคโรไลนาได้สร้างอุปกรณ์ที่นุ่มและยืดหยุ่นได้ซึ่งจะเปลี่ยนการเคลื่อนไหวเป็นกระแสไฟฟ้า อุปกรณ์ทำงานในสภาพแวดล้อมที่เปียกหรือแห้งและมีการใช้งานที่เป็นไปได้มากมาย นักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยแห่งรัฐนอร์ธแคโรไลนาได้พัฒนาอุปกรณ์เก็บพลังงานที่ยืดหยุ่นและยืดหยุ่นได้ โดยเริ่มจากวัสดุอ่อนนุ่มที่เข้ากันได้ทางชีวภาพเท่านั้น ได้แก่ โลหะเหลวและโพลีเมอร์ชนิดอ่อนที่เรียกว่าไฮโดรเจล ผลิตไฟฟ้าจำนวนเล็กน้อยเทียบได้กับเทคโนโลยีการเก็บเกี่ยวพลังงานอื่นๆ และยังสามารถทำงานได้ทั้งในน้ำและในอากาศ ตามรายงานล่าสุดของทีมงานที่ตีพิมพ์ในวารสาร Advanced Materials ทีมงานคิดว่าอุปกรณ์ NCSU ใหม่นี้รับประกันว่าจะให้พลังงานแก่อุปกรณ์สวมใส่ได้ โดยจะชาร์จเองตามธรรมชาติโดยไม่ต้องใช้แหล่งพลังงานภายนอก Michael Dickey ผู้เขียนร่วม วิศวกรเคมีและชีวโมเลกุลของ NCSU กล่าวว่า “พลังงานกล เช่น พลังงานจลน์ของลม คลื่น การเคลื่อนไหวของร่างกาย และการสั่นสะเทือนจากมอเตอร์ มีมากมาย” “เราได้สร้างอุปกรณ์ที่สามารถเปลี่ยนการเคลื่อนที่เชิงกลประเภทนี้ให้เป็นไฟฟ้าได้ และคุณสมบัติที่โดดเด่นอย่างหนึ่งของมันคือ มันทำงานได้ดีใต้น้ำอย่างสมบูรณ์แบบ” นักวิทยาศาสตร์ของ NCSU ได้รับแรงบันดาลใจจากบทความปี 2013 โดยนักวิจัยชาวเกาหลีโดยเฉพาะ นักวิจัยในปี 2013 พบว่าพวกเขาสามารถเก็บเกี่ยวพลังงานจากตัวเก็บประจุไฟฟ้าแบบสองชั้น (ELCD) ได้โดยการกดหยดน้ำที่ประกบประกบระหว่างขั้วไฟฟ้าแข็งสองขั้ว ดังนั้นจึงชาร์จตัวเก็บประจุได้เองตามธรรมชาติ แต่ความแข็งแกร่งนั้นพิสูจน์แล้วว่าเป็นข้อบกพร่อง เนื่องจากไฟฟ้าสร้างขึ้นจากการขยับอิเล็กโทรดแข็งขึ้นและลงเท่านั้น Dickey และผู้เขียนร่วมของเขาต้องการสร้างเวอร์ชันที่ยืดหยุ่นของเทคโนโลยีนี้ กุญแจดังกล่าวได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเป็นโลหะผสมระหว่างโลหะเหลวของแกลเลียมและอินเดียม ต่อ Dickey ซึ่งถูกห่อหุ้มไว้ในไฮโดรเจลที่ดูดซับน้ำ เกลือที่ละลายในน้ำ (ไอออน) รวมตัวกันบนผิวโลหะ เกิดเป็นชั้นสองทางไฟฟ้าที่คล้ายกับตัวเก็บประจุ การเปลี่ยนรูปของโลหะเหลวจะเพิ่มพื้นที่ และยิ่งพื้นที่ผิวมากเท่าใด ประจุที่เหนี่ยวนำก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น เมื่อมีการสร้างกระแสไฟฟ้าก็สามารถควบคุมได้ด้วยสายไฟที่ต่ออยู่ “เนื่องจากอุปกรณ์มีความนุ่ม การเคลื่อนไหวทางกลใดๆ ก็ตามสามารถทำให้อุปกรณ์เสียรูปได้ รวมถึงการบีบ การยืด และการบิดตัว” Dickey กล่าว “สิ่งนี้ทำให้สามารถเก็บเกี่ยวพลังงานกลได้หลากหลาย ตัวอย่างเช่น ไฮโดรเจลยืดหยุ่นพอที่จะยืดออกได้ถึงห้าเท่าของความยาวเดิม” ขยาย/เปลี่ยนรูปอุปกรณ์สร้างกระแส YouTube/NCSU Dickey และคณะ ต่อไปทดสอบความสามารถในการเก็บเกี่ยวพลังงานของอุปกรณ์ของพวกเขาโดยการเปลี่ยนรูปอิเล็กโทรดหนึ่งและเปรียบเทียบผลลัพธ์กับอิเล็กโทรดที่ไม่เปลี่ยนรูปอีกอันหนึ่ง พวกเขาพบว่าการเสียรูปเพียงไม่กี่มิลลิเมตรสามารถสร้างความหนาแน่นของพลังงานได้ประมาณ 0.5 mW m-2 ซึ่งเทียบได้กับอุปกรณ์เก็บเกี่ยวพลังงานยอดนิยมอื่นๆ แต่อุปกรณ์ดังกล่าวมีข้อได้เปรียบเหนือคู่แข่งอย่างมาก: โดยทั่วไปแล้วคู่แข่งเหล่านี้จะทำงานได้ไม่ดีนักในสภาพแวดล้อมที่เปียกชื้น การดำเนินการนี้จะช่วยเปิดการใช้งานที่มีศักยภาพมากขึ้น ตามข้อมูลของ Dickey รวมถึงยาชีวเวช เสื้อผ้าสำหรับกีฬา หุ่นยนต์แบบนิ่ม อี-สกิน และการใช้งานในสภาพแวดล้อมทางทะเล อุปกรณ์ของพวกเขายังผลิตได้ง่ายอย่างน่าทึ่งด้วยขั้นตอนง่ายๆ เพียงไม่กี่ขั้นตอน นักวิจัยของ NCSU ใช้เทคโนโลยีของพวกเขาเพื่อสร้างเซ็นเซอร์ที่ขับเคลื่อนด้วยตัวเองซึ่งยืดหยุ่นได้ซึ่งสามารถตรวจจับการเคลื่อนไหวของนิ้วได้ “การเพิ่มมุมงอของนิ้วจะเพิ่มการเสียรูป ส่งผลให้กระแสไฟเพิ่มขึ้น” พวกเขาเขียน เซ็นเซอร์ยังสามารถเก็บเกี่ยวพลังงานจากการเคลื่อนไหวของข้อศอกและเข่าขณะเดิน อย่างไรก็ตาม มีปัญหาที่อาจเกิดขึ้น น้ำในไฮโดรเจลมีแนวโน้มที่จะระเหยเมื่อเวลาผ่านไป ซึ่งจะส่งผลต่อความยืดหยุนและทำให้ค่าการนำไฟฟ้าเปลี่ยนแปลงไป อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้สามารถบรรเทาได้โดยการใส่เกลือลิเธียมคลอไรด์ลงในอุปกรณ์ แกลเลียมยังมีแนวโน้มที่จะออกซิไดซ์เมื่อเวลาผ่านไป และนักวิจัยสังเกตเห็นศักยภาพของพลังงานที่ลดลงหลังจากผ่านไปหลายพันรอบ ซึ่งอาจส่งผลให้เอาต์พุตกำลังลดลงในระยะเวลานาน และยังมีพลังงานบางส่วนที่สูญเสียไปในการเปลี่ยนรูปของไฮโดรเจล แม้แต่เจลที่นุ่มกว่าก็สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการแปลงพลังงานได้ อุปกรณ์ NCSU ใหม่นี้เป็นเครื่องพิสูจน์แนวคิดเป็นหลัก ตามข้อมูลของ Dickey พวกเขากำลังศึกษาวิธีปรับเทคโนโลยีเพื่อเก็บเกี่ยวพลังงานจากลมและคลื่นทะเล และ Dickey และทีมของเขาคิดว่าพวกเขาสามารถหาวิธีที่จะเพิ่มความหนาแน่นของพลังงานของอุปกรณ์ได้ วิธีหนึ่งในการทำเช่นนี้อาจเป็นการแตกโลหะเป็นหยดเล็กๆ ซึ่งโดยพื้นฐานแล้วจะเป็นการเพิ่มพื้นที่สำหรับปริมาตรที่กำหนด อีกทางหนึ่งอาจยืดอุปกรณ์ล่วงหน้าแล้วปล่อยให้คลายตัว เพิ่มกระแสไฟฟ้า (และทำให้กำลังสูงสุดในทันที) หรือสามารถชาร์จตัวเก็บประจุล่วงหน้าเพื่อเพิ่มกำลังขับ สุดท้าย “โดยหลักการแล้ว เราอาจสำรวจวัสดุอื่นๆ เช่น ของเหลวไอออนิกหรืออิเล็กโทรไลต์ของแบตเตอรี่เพื่อเพิ่มศักยภาพในการทำงาน” ผู้เขียนสรุป DOI: Advanced Materials, 2021. 10.1002/adma.202103142 (เกี่ยวกับ DOI) นักวิจัยจาก NC State University รายงานวิธีการแปลงพลังงานกลเป็นไฟฟ้า

Back to top button