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能清除金属空气的机器人,“吃掉”铝以自我供电

2020-04-23 20:27:30

电池是大家生活中不可或缺的一部分,但随着科技的发展,电子设备的不断缩小,电池则变得过于笨重和低效。对此,宾夕法尼亚大学的研究人员近日开发出一种新型机器人,它可以通过“吃掉”周围环境中的金属来为自己提供能量。
储存能量的方式会让电池可以变得相对较重并且在需要充电之前只能有有限的供应。虽然现在一些设备可以从周围环境中获取能量来克服这个问题,比如太阳能电池板,但它们只有在特定的条件下才能发挥作用,而且功率密度低,所以它们不能很快地从环境中吸取能量。
于是来自宾夕法尼亚大学工程学院的研究人员着手开发一种两全其美的设备。这种装置可以对电池快速反应的化学物质加以利用,要做到这一点则需要从它的环境中获取成分,特别是金属和空气。研究小组称其为金属空气清除器(MAS)。
MAS采用的仍是电池的基本布局,阴极、阳极和电解质。但其比较妙的地方是,其阳极并没有内置在设备中,而只要任何金属表面即可,只不过它需要MAS通过。
图讲解明金属空气清除剂系统如何工作的示意图
该阴极则由碳组成并伴有聚四氟乙烯(PTFE)涂层及纳米级铂嵌入其中。电解质是一种含有盐水的水凝胶。当这种胶状的物质被拖到金属表面时其就会氧化金属表面以下的部分、分解化学键为其自身提供能量。与此同时,阴极材料正在减少其上方空气中的氧气。
研究人员通过将MAS系统连接到电动汽车模型上将水凝胶沿着铝表面拖动演示了这项技术。这辆自我供能的汽车只需携带少量的水来对水凝胶定期湿润即可在原地打转。
在测试中,金属空气清除剂系统能够为一辆电动汽车提供动力,该电动汽车绕圈行驶,消耗了铝表面
“能量密度是可用能量跟必须携带的重量之比,”这项研究的首席研究员James Pikul先容道,“即使考虑到额外的水的重量,MAS的能量密度是锂离子电池的13倍,因为车辆只需携带水凝胶和阴极,而无需携带提供能量的金属或氧气。”
当然,氧化过程确实会影响到设备驱动的表面,进而留下一层薄薄的锈迹。但研究小组表示,这只会影响表面的上100微米,所以这不会对表面造成任何重大的结构损伤。
该团队表示,组合以系统可以用于驱动如集装箱上的传感器等小型物联网设备。


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