Les principaux défis des technologies MEG actuelles incluent la saturation en eau de l’appareil lorsqu’il est exposé à l’humidité ambiante et des performances électriques insatisfaisantes. Ainsi, l’électricité générée par les appareils MEG conventionnels est insuffisante pour alimenter les appareils électriques et n’est pas non plus durable. Pour surmonter ces défis, une équipe de recherche dirigée par le professeur adjoint Tan Swee Ching du Département de science et génie des matériaux du CDE a conçu un nouveau dispositif MEG contenant deux régions de propriétés différentes pour maintenir perpétuellement une différence de teneur en eau entre les régions afin de générer de l’électricité. et permettre une production électrique pendant des centaines d’heures.
Le dispositif MEG de l’équipe NUS consiste en une fine couche de tissu recouverte de nanoparticules de carbone. Dans leur étude, l’équipe a utilisé un tissu disponible dans le commerce composé de pâte de bois et de polyester. Une région du tissu est enduite d’un hydrogel ionique hygroscopique, et cette région est connue sous le nom de région humide. Fabriqué à partir de sel de mer, le gel spécial absorbant l’eau peut absorber plus de six fois son poids d’origine, et il est utilisé pour récolter l’humidité de l’air.
“Le sel de mer a été choisi comme composé absorbant l’eau en raison de ses propriétés non toxiques et de son potentiel à fournir une option durable aux usines de dessalement pour éliminer le sel de mer et la saumure générés”, partagé Asst Prof Tan.
L’autre extrémité du tissu est la région sèche qui ne contient pas de couche d’hydrogel ionique hygroscopique. Il s’agit de s’assurer que cette région est maintenue sèche et que l’eau est confinée à la région humide. Une fois l’appareil MEG assemblé, l’électricité est générée lorsque les ions de sel marin sont séparés lorsque l’eau est absorbée dans la région humide. Les ions libres de charge positive (cations) sont absorbés par les nanoparticules de carbone chargées négativement. Cela provoque des changements à la surface du tissu, générant un champ électrique à travers celui-ci. Ces modifications de la surface donnent également au tissu la capacité de stocker de l’électricité pour une utilisation ultérieure.
En utilisant une conception unique de régions humides et sèches, les chercheurs du NUS ont pu maintenir une teneur élevée en eau dans la région humide et une faible teneur en eau dans la région sèche. Cela maintiendra la production électrique même lorsque la région humide est saturée d’eau. Après avoir été laissé dans un environnement humide ouvert pendant 30 jours, l’eau était toujours maintenue dans la région humide démontrant l’efficacité de l’appareil à maintenir la production électrique.
“Avec cette structure asymétrique unique, les performances électriques de notre appareil MEG sont considérablement améliorées par rapport aux technologies MEG précédentes, permettant ainsi d’alimenter de nombreux appareils électroniques courants, tels que les moniteurs de santé et l’électronique portable”, a expliqué le professeur adjoint Tan.
Le dispositif MEG de l’équipe a également fait preuve d’une grande flexibilité et a pu résister aux contraintes de torsion, de roulement et de flexion. Fait intéressant, sa flexibilité exceptionnelle a été démontrée par les chercheurs en pliant le tissu en une grue en origami qui n’a pas affecté les performances électriques globales de l’appareil.
Le dispositif MEG a des applications immédiates en raison de sa facilité d’évolutivité et des matières premières disponibles dans le commerce. L’une des applications les plus immédiates est l’utilisation en tant que source d’alimentation portable pour l’électronique d’alimentation mobile directement par l’humidité ambiante.
“Après absorption d’eau, un morceau de tissu générateur d’énergie de 1,5 sur 2 centimètres peut fournir jusqu’à 0,7 volts (V) d’électricité pendant plus de 150 heures dans un environnement constant”, a déclaré le Dr Zhang Yaoxin, membre de l’équipe de recherche.
L’évolutivité de l’invention NUS, la commodité d’obtenir des matières premières disponibles dans le commerce ainsi que le faible coût de fabrication d’environ 0,15 dollar singapourien par mètre carré rendent le dispositif MEG adapté à la production de masse. “Notre appareil présente une excellente évolutivité à un faible coût de fabrication. Par rapport à d’autres structures et appareils MEG, notre invention est plus simple et plus facile pour les intégrations et les connexions à grande échelle. Nous pensons qu’elle est très prometteuse pour la commercialisation”, partagé Asst Prof Tan.
Les chercheurs ont déposé un brevet pour la technologie et prévoient d’explorer des stratégies de commercialisation potentielles pour des applications dans le monde réel.
