想象一下，僅僅用海鹽和一塊織物等日常用品就能利用周圍空氣中的水分發電，甚至用一塊像紙一樣薄的無毒電池為日常電子設備供電。新加坡國立大學設計與工程學院的一組研究人員開發了一種新型的水分驅動發電（MEG）設備，該設備由一層薄薄的織物（約0.3毫米厚）、海鹽、碳墨水和一種特殊的吸水凝膠制成。

MEG設備的概念是基于不同材料通過與空氣中的水分相互作用而發電的能力之上。由于其具有在現實世界中被廣泛應用的潛力，該領域受到了越來越多的關注，包括自供電設備，如健康監測器、電子皮膚傳感器和信息存儲設備等可穿戴電子設備。

當前MEG技術面臨的主要挑戰包括設備暴露于環境濕度時的水飽和和不令人滿意的電氣性能。因此，傳統MEG設備產生的電力不足以為電氣設備供電，也不可持續。

為了克服這些挑戰，由CDE材料科學與工程系助理教授Tan Swee-Ching領導的一個研究團隊設計了一種新型MEG設備，該設備包含兩個不同性質的區域，以永久保持各區域的含水量差異，從而發電并允許長達數百小時的電力輸出。

可自充電的長效織物電池

新加坡國立大學團隊的MEG設備由一層薄薄的織物組成，織物上涂有碳納米顆粒。在他們的研究中，研究小組使用了一種由木漿和聚酯制成的已商用的織物。

該織物的一個區域涂有吸濕離子水凝膠，被稱為濕區。這種特殊的吸水凝膠使用海鹽制成，可以吸收六倍于原始重量的水分，用于從空氣中收集水分。

“之所以選擇海鹽作為吸水化合物，是因為它的無毒性，以及方便海水淡化廠處理產生的海鹽和鹽水，”Tan副教授分享道。

織物的另一端是不含吸濕離子水凝膠層的干燥區域。這是為了確保該區域保持干燥，水僅存在于潮濕區域。

一旦MEG設備組裝好，當海水在潮濕區域被吸收時，海鹽離子被分離，從而產生電能。帶正電荷的自由離子（陽離子）被帶負電荷的碳納米顆粒吸收。這會引起織物表面的變化，在織物上產生電場。織物表面的這些變化也使其具有儲存電能供日后使用的能力。

使用獨特的干濕區域設計，新加坡國立大學的研究人員能夠保持潮濕區域的高含水量和干燥區域的低含水量。即使潮濕區域處于水飽和時也能保持電輸出。在開放潮濕的環境中放置30天后，水能保留在潮濕區域，證明了該設備在維持電輸出方面的有效性。

“通過這種獨特的不對稱結構，我們的MEG設備的電氣性能與之前的MEG技術相比有了顯著改善，從而可以為許多常見的電子設備供電，如健康監測器和可穿戴電子設備，”Tan副教授解釋道。

該團隊的MEG設備還表現出高度的靈活性，能夠承受扭曲、滾動和彎曲產生的應力。有趣的是，研究人員通過將織物折疊成一個紙鶴展示了其出色的靈活性，這也沒有影響該設備的整體電氣性能。

移動電源以及更多應用

MEG設備因其易于擴展和使用的商用原材料可立即得到應用。最直接的應用之一是用作移動電源，通過環境濕度直接為電子設備供電。

研究小組成員Zhang Yaoxin博士表示：“設備吸水后，一塊尺寸為1.5×2厘米的發電織物可以在恒定的環境下提供高達0.7V的電力，可持續超過150小時。”

新加坡國立大學團隊還成功展示了其新設備在為不同應用發電方面的可擴展性。新加坡國立大學團隊將三塊發電織物連接在一起，并將它們放入一個標準AA電池大小的3D打印盒中。經測試，組裝好的設備的電壓高達1.96V，高于商用AA電池的約1.5V，足以為鬧鐘等小型電子設備供電。

新加坡國立大學發明的可擴展性、獲得商用原材料的方便性以及每平方米約0.15新元的低制造成本使MEG設備適合大規模生產。

“我們的設備以較低的制造成本顯示出極好的可擴展性。與其他MEG結構和設備相比，我們的發明更簡單，更容易擴展集成和連接。我們相信它具有巨大的商業化前景，”Tan副教授分享道。

審核編輯 ：李倩