Όταν οι ηλεκτρονικές συσκευές χρειάζονται τις δικές τους πηγές ενέργειας, υπάρχουν δύο βασικές επιλογές: Μπαταρίες και συλλέκτες.
Οι μπαταρίες συλλέγουν ενέργεια εσωτερικά, αλλά είναι βαριές και έχουν πεπερασμένη ποσότητα ενέργειας. Οι συλλέκτες, όπως τα ηλιακά πάνελ, συλλέγουν ενέργεια από το περιβάλλον τους. Αυτό λύνει κάποια προβλήματα που προκύπτουν από τις μπαταρίες, μα παρουσιάζει νέα, από την άποψη ότι μπορούν να λειτουργούν υπό συγκεκριμένες συνθήκες και δεν μπορούν να μετατρέπουν την ενέργεια σε αξιοποιήσιμη μορφή πολύ γρήγορα.
Νέα έρευνα από το University of Pennsylvania επιχειρεί να γεφυρώσει το χάσμα μεταξύ των δύο τεχνολογιών για πρώτη φορά υπό τη μορφή ενός «metal-air scavenger» που συνδυάζει τα καλύτερα των δύο «κόσμων».
Το metal-air scavenger (συλλέκτης μετάλλου- αέρα- ΜΑS) λειτουργεί ως μπαταρία, από την άποψη πως παρέχει ενέργεια σχηματίζοντας και διασπώντας σειρά χημικών δεσμών. Επίσης λειτουργεί ως συλλέκτης, από την άποψη ότι η ενέργεια παρέχεται από ενέργεια στο περιβάλλον του- συγκεκριμένα, τους χημικούς δεσμούς στο μέταλλο και στον αέρα γύρω από τη συσκευή. Το αποτέλεσμα είναι μια πηγή ενέργειας που έχει 10 φορές μεγαλύτερη ενεργειακή πυκνότητα από τους καλύτερους συλλέκτες ενέργεια και 13 φορές περισσότερη πυκνότητα ενέργειας από τις μπαταρίες ιόντων λιθίου. Μακροπρόθεσμα, αυτού του είδους η πηγή ενέργειας θα μπορούσε να αποτελέσει τη βάση για νέες τεχνολογίες στη ρομπορική, όπου οι μηχανές τροφοδοτούνται με ενέργεια αναζητώντας και «τρώγοντας» μέταλλο, διασπώντας τους χημικούς του δεσμούς για ενέργεια, όπως κάνουν οι άνθρωποι με την τροφή. Βραχυπρόθεσμα, η τεχνολογία αυτή ήδη βρίσκεται πίσω από δύο εταιρείες: Οι νικητές του ετήσιου Y-Prize Competition του πανεπιστημίου σχεδιάζουν να χρησιμοποιούν metal-air scavengers για την τροφοδοσία φώτων χαμηλού κόστους για απομακρυσμένες κατοικίες στον αναπτυσσόμενο κόσμο και μακράς διάρκειας αισθητήρες για αντικλεπτική χρήση σε κοντέινερ.
Η σχετική έρευνα δημοσιεύτηκε από τους Τζέιμς Πίκουλ, Μιν Γουάνγκ και Ουνάτι Τζόσι σε ACS Energy Letters. Όπως μια παραδοσιακή μπαταρία, το MAS των ερευνητών αρχίζει με μια κάθοδο η οποία είναι καλωδιωμένη/ συνδεδεμένη στη συσκευή την οποία τροφοδοτεί. Κάτι από την κάθοδο είναι μια πλάκα υδροτζέλ, ένα δίκτυο από αλυσίδες πολυμερούς που επιτρέπει την κίνηση ηλεκτρονίων μεταξύ της μεταλλικής επιφάνειας και της καθόδου μέσω των μορίων νερού που φέρει. Με το υδροτζέλ να λειτουργεί ως ηλεκτρολύτης, οποιαδήποτε μεταλλική επιγένεια έρχεται σε επαφή μαζί του λειτουργεί ως άνοδος μπαταρίας, επιτρέποντας σε ηλεκτρόνια να ρέουν στην κάθοδο και να τροφοδοτούν την συνδεδεμένη συσκευή.
Για τους σκοπούς τους οι ερευνητές συνέδεσαν ένα μικρό μηχανοκίνητο όχημα στο MAS. Σέρνοντας από πίσω του το υδροτζέλ, το όχημα- MAS οξείδωνε μεταλλικές επιφάνειες πάνω από τις οποίες περνούσε, αφήνοντας ένα μικρό ίχνος σκουριάς πίσω του. Για να δείξουν την αποτελεσματικότητα της προσέγγισής τους, οι ερευνητές έβαλαν το όχημα να κινείται σε κύκλους σε μια αλουμινένια επιφάνεια. Το όχημα διέθετε επίσης ένα μικρό ρεζερβουάρ που συνεχώς έριχνε νερό στο υδροτζέλ για να το εμποδίσει να στεγνώσει. Επίσης, οχήματα MAS δοκιμάστηκαν σε ψευδάργυρο και ανοξείδωτο ατσάλι. Διαφορετικά μέταλλα δίνουν στο MAS διαφορετικές πυκνότητες ενέργειας, ανάλογα με τις δυνατότητες οξείδωσης που υπάρχουν. Ακόμη, η αντίδραση οξείδωσης λαμβάνει χώρα μόνο εντός 100 microns από την επιφάνεια, οπότε αν και το MAS μπορεί να χρησιμοποιήσει όλους τους διαθέσιμους δεσμούς σε επανειλημμένες διαδρομές, υπάρχει μικρός κίνδυνος σημαντικής δομικής ζημιάς στο ίδιο το μέταλλο το οποίο «τρώει».
Οι μπαταρίες συλλέγουν ενέργεια εσωτερικά, αλλά είναι βαριές και έχουν πεπερασμένη ποσότητα ενέργειας. Οι συλλέκτες, όπως τα ηλιακά πάνελ, συλλέγουν ενέργεια από το περιβάλλον τους. Αυτό λύνει κάποια προβλήματα που προκύπτουν από τις μπαταρίες, μα παρουσιάζει νέα, από την άποψη ότι μπορούν να λειτουργούν υπό συγκεκριμένες συνθήκες και δεν μπορούν να μετατρέπουν την ενέργεια σε αξιοποιήσιμη μορφή πολύ γρήγορα.
Νέα έρευνα από το University of Pennsylvania επιχειρεί να γεφυρώσει το χάσμα μεταξύ των δύο τεχνολογιών για πρώτη φορά υπό τη μορφή ενός «metal-air scavenger» που συνδυάζει τα καλύτερα των δύο «κόσμων».
Το metal-air scavenger (συλλέκτης μετάλλου- αέρα- ΜΑS) λειτουργεί ως μπαταρία, από την άποψη πως παρέχει ενέργεια σχηματίζοντας και διασπώντας σειρά χημικών δεσμών. Επίσης λειτουργεί ως συλλέκτης, από την άποψη ότι η ενέργεια παρέχεται από ενέργεια στο περιβάλλον του- συγκεκριμένα, τους χημικούς δεσμούς στο μέταλλο και στον αέρα γύρω από τη συσκευή. Το αποτέλεσμα είναι μια πηγή ενέργειας που έχει 10 φορές μεγαλύτερη ενεργειακή πυκνότητα από τους καλύτερους συλλέκτες ενέργεια και 13 φορές περισσότερη πυκνότητα ενέργειας από τις μπαταρίες ιόντων λιθίου. Μακροπρόθεσμα, αυτού του είδους η πηγή ενέργειας θα μπορούσε να αποτελέσει τη βάση για νέες τεχνολογίες στη ρομπορική, όπου οι μηχανές τροφοδοτούνται με ενέργεια αναζητώντας και «τρώγοντας» μέταλλο, διασπώντας τους χημικούς του δεσμούς για ενέργεια, όπως κάνουν οι άνθρωποι με την τροφή. Βραχυπρόθεσμα, η τεχνολογία αυτή ήδη βρίσκεται πίσω από δύο εταιρείες: Οι νικητές του ετήσιου Y-Prize Competition του πανεπιστημίου σχεδιάζουν να χρησιμοποιούν metal-air scavengers για την τροφοδοσία φώτων χαμηλού κόστους για απομακρυσμένες κατοικίες στον αναπτυσσόμενο κόσμο και μακράς διάρκειας αισθητήρες για αντικλεπτική χρήση σε κοντέινερ.
Η σχετική έρευνα δημοσιεύτηκε από τους Τζέιμς Πίκουλ, Μιν Γουάνγκ και Ουνάτι Τζόσι σε ACS Energy Letters. Όπως μια παραδοσιακή μπαταρία, το MAS των ερευνητών αρχίζει με μια κάθοδο η οποία είναι καλωδιωμένη/ συνδεδεμένη στη συσκευή την οποία τροφοδοτεί. Κάτι από την κάθοδο είναι μια πλάκα υδροτζέλ, ένα δίκτυο από αλυσίδες πολυμερούς που επιτρέπει την κίνηση ηλεκτρονίων μεταξύ της μεταλλικής επιφάνειας και της καθόδου μέσω των μορίων νερού που φέρει. Με το υδροτζέλ να λειτουργεί ως ηλεκτρολύτης, οποιαδήποτε μεταλλική επιγένεια έρχεται σε επαφή μαζί του λειτουργεί ως άνοδος μπαταρίας, επιτρέποντας σε ηλεκτρόνια να ρέουν στην κάθοδο και να τροφοδοτούν την συνδεδεμένη συσκευή.
Για τους σκοπούς τους οι ερευνητές συνέδεσαν ένα μικρό μηχανοκίνητο όχημα στο MAS. Σέρνοντας από πίσω του το υδροτζέλ, το όχημα- MAS οξείδωνε μεταλλικές επιφάνειες πάνω από τις οποίες περνούσε, αφήνοντας ένα μικρό ίχνος σκουριάς πίσω του. Για να δείξουν την αποτελεσματικότητα της προσέγγισής τους, οι ερευνητές έβαλαν το όχημα να κινείται σε κύκλους σε μια αλουμινένια επιφάνεια. Το όχημα διέθετε επίσης ένα μικρό ρεζερβουάρ που συνεχώς έριχνε νερό στο υδροτζέλ για να το εμποδίσει να στεγνώσει. Επίσης, οχήματα MAS δοκιμάστηκαν σε ψευδάργυρο και ανοξείδωτο ατσάλι. Διαφορετικά μέταλλα δίνουν στο MAS διαφορετικές πυκνότητες ενέργειας, ανάλογα με τις δυνατότητες οξείδωσης που υπάρχουν. Ακόμη, η αντίδραση οξείδωσης λαμβάνει χώρα μόνο εντός 100 microns από την επιφάνεια, οπότε αν και το MAS μπορεί να χρησιμοποιήσει όλους τους διαθέσιμους δεσμούς σε επανειλημμένες διαδρομές, υπάρχει μικρός κίνδυνος σημαντικής δομικής ζημιάς στο ίδιο το μέταλλο το οποίο «τρώει».
