新加坡国立大学的研究小组发明了一种利用空气湿度发电的装置

新加坡国立大学表示，由于在可穿戴电子设备、电子皮肤传感器和信息存储设备等方面的潜在应用，水驱动发电(MEG)受到了关注。

目前MEG技术面临的主要挑战包括暴露在环境湿度下的水饱和度和不理想的电气性能。

为了克服这些挑战，材料科学与工程学系助理教授陈瑞庆(Tan Swee Ching)带领的研究小组设计了一种新型MEG装置，该装置包含两个不同性质的区域，可以持续保持不同区域的水分含量差异，从而产生电力，并允许数百小时的电力输出。

新加坡国立大学设计与工程学院(CDE)团队的研究结果发表在《科学》杂志上先进材料2022年5月。

MEG装置由一层薄织物(约0.3毫米厚)组成，上面涂有碳纳米颗粒。在他们的研究中，研究小组使用了一种由木浆和聚酯纤维制成的商业面料。

织物的潮湿区域涂覆有吸湿离子水凝胶。这种吸水凝胶是用海盐制成的，可以吸收6倍于原来重量的水分，用于从空气中吸收水分。

陈助理教授在一份声明中说:“海盐之所以被选为吸水性化合物，是因为它无毒的特性，以及它可能为海水淡化厂提供一个可持续的选择，以处理产生的海盐和卤水。”

一旦组装好MEG装置，当水在潮湿区域被吸收时，海盐离子被分离，就会产生电。阳离子被碳纳米颗粒吸收，导致织物表面发生变化，并在其上产生电场。表面的这些变化也使这种织物有能力储存电力供以后使用。

研究小组成员张耀新博士说:“一块1.5 × 2厘米大小的发电织物在吸收水分后，可以在恒定的环境下提供0.7V的电力超过150小时。”

通过一种独特的干湿区域设计，新加坡国立大学的研究人员能够在湿润地区保持高含水量，而在干燥地区保持低含水量，即使在湿润地区水饱和时也能维持电力输出。在开放的潮湿环境中放置30天后，潮湿地区仍然保持着水，这表明该设备在维持电力输出方面的有效性。

陈助理教授说:“透过这种独特的非对称结构，我们的MEG设备的电性能较先前的MEG技术有显著改善，从而为许多常见的电子设备提供动力，例如健康监测器和可穿戴电子设备。”

该团队正在申请专利的MEG设备也表现出了很高的灵活性，能够承受来自扭转、滚动和弯曲的压力。

新加坡国立大学的研究小组还展示了该设备在为不同应用发电方面的可扩展性。他们将三块发电织物连接在一起，并将它们放入一个标准AA电池大小的3D打印盒中。经过测试，组装好的设备的电压高达1.96V，高于1.5V左右的商用AA电池，足以为小型电子设备供电。

该团队表示，NUS发明的可扩展性、获得商业原材料的便利性以及每平方米约0.15新元的低制造成本使MEG装置适合大规模生产。