- 28,386
- 46
- 8 Ноя 2022
Один такой элемент три часа питал светодиод… а сделан он буквально из отходов.
<div class="articl-text-cover" style="position:relative;width:100%;max-width:800px;margin-left:auto;margin-right:auto;aspect-ratio:1200/676;margin-bottom:2rem;overflow:hidden">
<div itemprop="articleBody">Учёные создали гибкий генератор, который вырабатывает электричество за счёт влаги в воздухе. В качестве основных материалов использовали растительные волокна, выброшенные сигаретные фильтры, поваренную соль и компоненты отработанных батареек .
Один экспериментальный элемент создавал напряжение до 1,16 вольта. Несколько соединённых последовательно устройств смогли питать небольшой красный светодиод более трёх часов без внешнего конденсатора или аккумулятора.
Получение электричества из атмосферной влаги исследуют уже много лет. Водяной пар способен запускать движение ионов внутри пористых материалов, однако большинство существующих генераторов основаны на дорогих наноструктурах и создают сравнительно небольшое напряжение.
Авторы новой работы отмечают, что прежние устройства обычно выдавали не более 0,6 вольта. Этого недостаточно для непосредственного питания большинства носимых датчиков и другой маломощной электроники.
Предложенная конструкция работает не как обычная батарея. Она не хранит заранее накопленную химическую энергию, а генерирует ток только при наличии перепада влажности и концентрации ионов внутри материала.
Основой генератора стали волокна дикорастущего сахарного тростника рода Saccharum и целлюлоза из использованных сигаретных фильтров. Растение в некоторых регионах считается инвазивным, поэтому его применение одновременно позволяет использовать нежелательную растительную биомассу.
Исследователи сформировали из волокон тонкий гибкий слой, напоминающий бумагу. В него добавили соль, а с одной стороны нанесли углеродную пасту, полученную из батареек. С другой стороны разместили алюминиевую фольгу, выполняющую роль второго электрода.
Целлюлоза хорошо поглощает воду из воздуха. При повышении влажности влага проникает внутрь волокнистого слоя и растворяет хлорид натрия. Соль распадается на положительно заряженные ионы натрия и отрицательно заряженные ионы хлора.
Из-за неравномерного распределения воды и соли ионы начинают перемещаться через влажный материал к электродам. Углеродный слой и алюминиевая фольга по-разному взаимодействуют с зарядами, поэтому между сторонами генератора возникает разность потенциалов.
Удаление соли практически прекращало выработку напряжения. Это подтвердило, что основным источником электричества служит движение ионов, вызванное влагой, а не незаявленная химическая реакция между электродами. Наилучшие результаты устройство показало при относительной влажности около 65%. В таких условиях один элемент вырабатывал до 1,16 вольта.
При умеренной влажности волокна поглощают достаточно воды для растворения соли и движения ионов, но материал ещё не становится полностью насыщенным. Благодаря этому внутри сохраняется выраженный градиент влажности и концентрации зарядов. При слишком высокой влажности вода распределяется по материалу более равномерно. Внутренний перепад уменьшается, утечка заряда усиливается, а напряжение становится менее стабильным.
В одном из экспериментов четыре генератора соединили последовательно. Система создавала напряжение около 1,79 вольта и ток 0,323 миллиампера. Этого хватило, чтобы небольшой светодиод непрерывно работал более трёх часов.
Демонстрация не означает, что устройство сможет заменить аккумуляторы. Генератор не накапливает энергию и зависит от постоянного поддержания подходящего перепада концентраций. Когда влага распределяется равномерно или воздух становится слишком сухим, электрическая мощность снижается.
Пока разработка подходит только для устройств с очень низким энергопотреблением. В перспективе подобные элементы могут питать отдельные датчики окружающей среды, носимую электронику или автономные системы, которым требуется небольшое количество энергии. Перед практическим применением ученым предстоит проверить долговечность материала, устойчивость к многократному увлажнению и высыханию, а также работу при меняющейся температуре и влажности вне лаборатории.
Отдельным преимуществом технологии стало использование дешёвого сырья. Сигаретные фильтры, растительные отходы и компоненты старых батареек обычно отправляются на свалки, тогда как новая конструкция даёт им дополнительное применение.
Разработка показывает, что атмосферную влагу можно использовать для питания маломощной электроники без дорогих наноматериалов. Однако пока речь идёт не о самостоятельном источнике энергии для бытовых приборов, а о компактном сборщике небольших электрических зарядов из окружающей среды.
<div class="articl-text-cover" style="position:relative;width:100%;max-width:800px;margin-left:auto;margin-right:auto;aspect-ratio:1200/676;margin-bottom:2rem;overflow:hidden">
<div itemprop="articleBody">Учёные создали гибкий генератор, который вырабатывает электричество за счёт влаги в воздухе. В качестве основных материалов использовали растительные волокна, выброшенные сигаретные фильтры, поваренную соль и компоненты отработанных батареек .
Один экспериментальный элемент создавал напряжение до 1,16 вольта. Несколько соединённых последовательно устройств смогли питать небольшой красный светодиод более трёх часов без внешнего конденсатора или аккумулятора.
Получение электричества из атмосферной влаги исследуют уже много лет. Водяной пар способен запускать движение ионов внутри пористых материалов, однако большинство существующих генераторов основаны на дорогих наноструктурах и создают сравнительно небольшое напряжение.
Авторы новой работы отмечают, что прежние устройства обычно выдавали не более 0,6 вольта. Этого недостаточно для непосредственного питания большинства носимых датчиков и другой маломощной электроники.
Предложенная конструкция работает не как обычная батарея. Она не хранит заранее накопленную химическую энергию, а генерирует ток только при наличии перепада влажности и концентрации ионов внутри материала.
Основой генератора стали волокна дикорастущего сахарного тростника рода Saccharum и целлюлоза из использованных сигаретных фильтров. Растение в некоторых регионах считается инвазивным, поэтому его применение одновременно позволяет использовать нежелательную растительную биомассу.
Исследователи сформировали из волокон тонкий гибкий слой, напоминающий бумагу. В него добавили соль, а с одной стороны нанесли углеродную пасту, полученную из батареек. С другой стороны разместили алюминиевую фольгу, выполняющую роль второго электрода.
Целлюлоза хорошо поглощает воду из воздуха. При повышении влажности влага проникает внутрь волокнистого слоя и растворяет хлорид натрия. Соль распадается на положительно заряженные ионы натрия и отрицательно заряженные ионы хлора.
Из-за неравномерного распределения воды и соли ионы начинают перемещаться через влажный материал к электродам. Углеродный слой и алюминиевая фольга по-разному взаимодействуют с зарядами, поэтому между сторонами генератора возникает разность потенциалов.
Удаление соли практически прекращало выработку напряжения. Это подтвердило, что основным источником электричества служит движение ионов, вызванное влагой, а не незаявленная химическая реакция между электродами. Наилучшие результаты устройство показало при относительной влажности около 65%. В таких условиях один элемент вырабатывал до 1,16 вольта.
При умеренной влажности волокна поглощают достаточно воды для растворения соли и движения ионов, но материал ещё не становится полностью насыщенным. Благодаря этому внутри сохраняется выраженный градиент влажности и концентрации зарядов. При слишком высокой влажности вода распределяется по материалу более равномерно. Внутренний перепад уменьшается, утечка заряда усиливается, а напряжение становится менее стабильным.
В одном из экспериментов четыре генератора соединили последовательно. Система создавала напряжение около 1,79 вольта и ток 0,323 миллиампера. Этого хватило, чтобы небольшой светодиод непрерывно работал более трёх часов.
Демонстрация не означает, что устройство сможет заменить аккумуляторы. Генератор не накапливает энергию и зависит от постоянного поддержания подходящего перепада концентраций. Когда влага распределяется равномерно или воздух становится слишком сухим, электрическая мощность снижается.
Пока разработка подходит только для устройств с очень низким энергопотреблением. В перспективе подобные элементы могут питать отдельные датчики окружающей среды, носимую электронику или автономные системы, которым требуется небольшое количество энергии. Перед практическим применением ученым предстоит проверить долговечность материала, устойчивость к многократному увлажнению и высыханию, а также работу при меняющейся температуре и влажности вне лаборатории.
Отдельным преимуществом технологии стало использование дешёвого сырья. Сигаретные фильтры, растительные отходы и компоненты старых батареек обычно отправляются на свалки, тогда как новая конструкция даёт им дополнительное применение.
Разработка показывает, что атмосферную влагу можно использовать для питания маломощной электроники без дорогих наноматериалов. Однако пока речь идёт не о самостоятельном источнике энергии для бытовых приборов, а о компактном сборщике небольших электрических зарядов из окружающей среды.
- Источник новости
- www.securitylab.ru
