韓國機械材料研究所(KIMM)與慶北國立大學利用海水中離子的運動,開發了一項可連續再利用且對環境友善之能量採集器(Energy Harvester)。既有的水電池在放電後需要外部電力以持續讓水循環,而新開發的海水電池則透過海水中的鈉(Na)離子自發性地重新分佈至初始狀態,因此即使在放電後也無需外部電力即可恢復初始開路電壓。此項技術可望適用於長時間監測海洋環境之感測器、元件或小型設備。
為解決海水電池在難以提供外部電源的環境中其使用受到限制的問題,研究團隊利用不同含氧官能基數量,表面電位有所差異的碳奈米管與氧化石墨烯膜分別做為陰極與陽極,並使用海水作為電解質,設計了一款海水電池。
在放電過程中,電解質中的Na離子被吸引至陰極並產生電流,但在放電後的開路中,發現Na離子被吸引到氧官能基含量相對較高的陽極並自發地重新分佈至初始狀態,恢復了約300 mV的初始開路電位差。而此自行充電過程不需要外部供電。
功率密度為24.6 mW/cm3,相較於使用水凝膠之一般水性電池的功率密度(5.9mW/cm3)提高約4.2倍,此功率等級足以為計算器、手錶、感測器等小型設備供電。另可透過增加面積或串聯多個電池以產生更高的功率。
新開發的技術是一項環境友善的能量採集方式,且無需外部能源供應即可持續自行充電,可望長期應用於監測海洋的溫度、溶解氧、無機氮等環境因素之感測器或相關設備的能源來源用途。