Свръхтънки слоеве ръжда генерират електричество от протичаща върху тях вода

ИновацииСп. Енерджи ревю - брой 5, 2019 • 11.09.2019

Свръхтънки слоеве ръжда генерират електричество от протичаща върху тях вода

Ново проучване на изследователи от Калифорнийския технологичен институт (Caltech) и Северозападния университет в САЩ показва, че филми ръжда могат да генерират електрическа енергия от преминаваща върху тях солена вода.

Взаимодействията между метални съединения и солена вода често водят до получаването на електроенергия, но това обикновено е в резултат на химична реакция. За разлика от това феноменът, открит от професорите по химия Том Милър (Caltech) и Франц Гайгер (Северозападен университет), не включва химични реакции, а се основава на превръщането на кинетичната енергия от течащата солена вода в ток.

Т. нар. електрокинетичен ефект е наблюдаван в тънки слоеве графен, като е отчетена ефективност на преобразуване от около 30%. Производството на филми от графен с използваеми размери обаче е трудно. Откритите от Милър и Гайгер тънки слоеве железен оксид се получават относително лесно и са мащабируеми.
Въпреки че ръждата се образува самостоятелно върху повърхността на железни сплави, екипът от учени трябва да е сигурен, че филмът се формира с равномерна дебелина.

За тази цел те използват процес на физично парно отлагане (PVD), при който материали, които обикновено са в твърдо състояние (в случая желязо), се превръщат в пара и кондензират върху желаната повърхност. PVD дава възможност на изследователите да създадат железен слой с дебелина 10 нанометра. След изваждането на металния филм от машината за физично парно отлагане, спонтанно се формира слой ръжда с дебелина около 2 нанометра.

Впоследствие при пропускането на солни разтвори с различни концентрации върху него, учените установяват, че се генерират няколко десетки миливолта и няколко милиампера на квадратен сантиметър.

“За да се придобие по-добра представа, пластина с площ от 10 кв. м може да генерира няколко киловата на час – достатъчно за едно стандартно американско домакинство. В краткосрочен план, разбира се, по-обещаващи са приложения с по-малки потребности от енергия, например захранване на устройства с ниска енергоконсумация в отдалечени райони”, обяснява Милър.

Механизмът, на който се основава генерирането на електрическа енергия, е сложен и включва процеси на адсорбция и десорбция на йони. Най-просто може да бъде обяснен така: наличните в солената вода йони привличат електроните в желязото под слоя ръжда. Тези йони се движат заедно с протичащата солена вода и благодарение на силите на привличане изтеглят електроните в желязото, генерирайки електрически ток.

Според Милър този ефект може да бъде полезен в специфични приложения, при които има движещи се солни разтвори, като океана или човешкото тяло. “Енергията на приливите и отливите, или обекти в океана като шамандури, могат да бъдат използвани за пасивно преобразуване до електрическа енергия. Солните разтвори в човешкото тяло, движещи се на импулси, могат да се използват за получаване на електроенергия за захранване на импланти”, допълва ученият.


Top