Нанопорьозен силиций генерира електричество чрез триене с вода

Европейски екип от изследователи от Техническия университет в Хамбург (TUHH) и Германския електронен синхротрон DESY разработва иновативен начин за преобразуване на механична енергия в електричество – чрез използване на вода, затворена в пори на силиций с наноразмери, като активна работна среда.

В проучване, публикувано в списание Nano Energy, учени от CIC energiGUNE, Университета на Ферара, Техническия университет в Хамбург, DESY, Университета на Силезия в Катовице и Техническия университет в Рига – с подкрепата на клъстера за върхови постижения BlueMat – Water-Driven Materials – демонстрират, че цикличното навлизане и излизане на вода в хидрофобни нанопорьозни силициеви монолити може да генерира измеримо електрическо напрежение.

Електричество, генерирано чрез триене в миниатюрни пори

Разработената система използва налягане, за да вкарва и извежда вода многократно от порите с наноразмери. По време на този процес се генерира електричен заряд на междинната повърхност между твърдото вещество и течността. Това е вид трибоелектричество – електрическа енергия, получена в резултат на триене, което често се среща в ежедневието.

Постигнатата ефективност на преобразуване на енергия достига до 9%, което е сред най-високите стойности, докладвани някога за наногенератори от типа твърдо вещество-течност.

“Дори чистата вода, когато е затворена в тяло с наномащаб, може да даде възможност за преобразуване на енергия”, казва проф. Патрик Хубер, говорител на клъстера BlueMat – Water-Driven Materials в TUHH и DESY.

Д-р Луис Бартоломе от CIC energiGUNE допълва: “Комбинирането на нанопорьозен силиций с вода осигурява ефективен и възпроизводим енергиен източник – без да е нужна употребата на екзотични материали, само чрез използване на най-разпространения полупроводник на Земята – силиция, и най-разпространената течност – водата”.

Ключът е в материалите

“Ключовата стъпка беше разработването на прецизни силициеви структури, които са едновременно проводими, нанопорьозни и хидрофобни”, обяснява д-р Мануел Бринкер от Техническия университет в Хамбург. “Тази архитектура ни позволява да контролираме движението на водата вътре в порите, което прави процеса на преобразуване на енергия стабилен и мащабируем”.

Технологията проправя път към автономни сензорни системи, които не се нуждаят от поддръжка, например за откриване на вода, в спорта и следенето на здравния статус чрез интелигентни облекла, или в хаптичната роботика, където допирът или движението директно генерират електрически сигнал.
“Материалите, задвижвани от вода, бележат началото на ново поколение самоподдържащи се технологии”, подчертават съавторите проф. Симоне Мелони (Университет на Ферара) и д-р Ярослав Гросу (CIC energiGUNE).