Energia elektryczna z wilgoci



Energia elektryczna z powietrza: Naukowcy opracowali generator, który może generować energię elektryczną z wilgoci atmosferycznej. Jest to możliwe dzięki cienkiej warstwie cząsteczek polioksometalany, których mikropory wychwytują parę wodną. Zaabsorbowana woda powoduje gradient rozpuszczonych jonów, które z kolei generują potencjał elektryczny. Przy 50-procentowej wilgotności względnej mały prototyp nadal wytwarzał napięcie 0,68 V i gęstość prądu prawie 20 mikroamperów na centymetr kwadratowy.

W poszukiwaniu nowych metod generowania energii elektrycznej naukowcy badają również metody fizyczne i elektrochemiczne, które do tej pory były mało wykorzystywane. Na przykład w generatorach tryboelektrycznych tarcie, ciśnienie lub przemieszczenie dwóch warstw powoduje zmiany ładunku, które można wykorzystać jako energię elektryczną.

Energia elektryczna może być również generowana z gradientów termicznych lub przepływu jonów w materiałach codziennego użytku, takich jak cement.

Wilgotność powietrza jako źródło energii

Teraz dodawany jest kolejny wariant: Generator energii elektrycznej zasilany wilgotnością powietrza. "Wilgotność jest wszechobecnym i stabilnym źródłem energii, które ma ogromny potencjał zastosowań", wyjaśnia Tuo Ji z Northeast Normal University w Chinach i jego koledzy. Wynika to z faktu, że para wodna może transportować ładunki i naładowane cząstki, a tym samym generować pola elektryczne - o czym świadczą czasami ogromne napięcia w chmurze burzowej. Aby wykorzystać tę energię, Ji i jego zespół opracowali generator, który wychwytuje parę wodną z powietrza i jednocześnie udostępnia odpowiednie nośniki ładunku. "Zaabsorbowane cząsteczki wody są wykorzystywane jako medium do przemieszczania tych jonów, a tym samym generowania energii elektrycznej" - wyjaśniają naukowcy.

Cząsteczki sieci POM jako pochłaniacze wody

Naukowcy zsyntetyzowali swój generator z polioksometalanów (POM) - dużych cząsteczek nieorganicznych wykonanych z metali i dużej ilości tlenu. Mogą one samoorganizować się, tworząc porowate, podobne do siatki sieci. Co ważniejsze jednak, "POM można zjonizować do polioksoanionów i kationów, które mogą migrować w wodzie w różny sposób", wyjaśnia Ji i jego zespół. Polioksoaniony to duże, ujemnie naładowane jony, z których każdy składa się z kilku atomów metalu.

W tym konkretnym przypadku Ji i jego zespół wykorzystali polioksometalan wykonany z fosforanu, wolframu i miedzi do stworzenia nanodrutów o szczególnie dużej liczbie mikroporów. Nanodruty polioksometalanu są osadzane jako cienka warstwa na podłożu ze szkła z tlenku cyny domieszkowanego fluorem (FTO).

Ta szklana podstawa służy również jako elektroda generatora. Druga elektroda jest wykonana z miedzi i jest przymocowana do górnej części cienkiej warstwy polioksometalanu.

Woda wprawia jony w ruch

Gdy zespół ten jest wystawiony na działanie wilgoci, mikropory cienkiej warstwy wychwytują cząsteczki wody. Powoduje to gromadzenie się większej ilości cząsteczek wody w górnych warstwach niż w dolnych. "Ten gradient dystrybucji H2O powoduje teraz gradient jonów w POM, który wprawia w ruch dodatnio naładowane kationy" - twierdzą naukowcy. Ten ruch jonów z kolei tworzy potencjał elektryczny, dzięki któremu można uzyskać energię elektryczną.

Do wstępnych testów Ji i jego zespół skonstruowali najpierw mały prototyp o grubości nieco ponad siedmiu mikrometrów i powierzchni 0,36 centymetra kwadratowego. Wystawili go na działanie wilgotności względnej od dziesięciu do 90 procent w temperaturze pokojowej i zmierzyli prąd i napięcie.

Energia elektryczna dla zastosowań niskoenergetycznych

Wynik: przy około 50-procentowej wilgotności względnej, mały cienkowarstwowy element generował napięcie 0,68 V i osiągał gęstość prądu 19,5 mikroamperów na centymetr kwadratowy. "W przeciwieństwie do tego, co często się obserwuje, rozładowanie spowodowane ruchem kationów nie następuje szybko, ale jest stabilne przez dłuższy czas - moc elektryczna jest stabilizowana przez inne procesy w systemie" - wyjaśniają naukowcy. Co więcej, zasada ta działała przy wszystkich testowanych wilgotnościach.

W ten sposób takie generatory POM mogłyby otworzyć możliwość generowania energii elektrycznej z wilgotności powietrza. Chociaż ilości energii nie są szczególnie duże, naukowcy uważają, że mogą być odpowiednie do zastosowań o niskim zapotrzebowaniu na moc.

Cytat:"Jest to pierwszy oparty na wilgotności generator energii elektrycznej wykonany z polioksymetalanów - może to zaoferować nowe podejście do wykorzystania tych materiałów w zastosowaniach niskoenergetycznych" - pisze zespół.

---

Amon
www.strefa44.pl
www.strefa44.com.pl