Лаборатория наноразмерных технологий для энергетики (LNET) при Федеральной политехнической школе Лозанны (EPFL) представила гаджет, способный непрерывно вырабатывать электричество за счёт испарения воды, умеренного нагрева и солнечного света. Системе достаточно обычной воды с растворёнными ионами – подойдёт водопроводная или морская, а вот сильно очищенная не работает.
В основе разработки лежит наноразмерный гидровольтаический генератор. Технологии этого класса извлекают электроэнергию из движения молекул воды и растворённых ионов по специально подготовленным поверхностям при испарении.
Новая работа продолжает исследование той же группы 2024 года, где была собрана экспериментальная платформа для изучения гидровольтаического эффекта. Первая версия представляла собой гексагональную сеть кремниевых наностолбиков, разделённых тончайшими каналами, через которые испарялась жидкость.
Эксперименты показали, что при движении и испарении воды по заряженным наноструктурам растворённые ионы перераспределяются и порождают измеримые электрические эффекты у поверхности. На том этапе установка служила скорее научным инструментом, чем практическим источником питания.
В новой работе, концепция превратилась в трёхслойный электрогенератор, использующий испарение, тепло и солнечный свет. По данным команды, гаджет даёт стабильную и постоянную отдачу, не уступая аналогичным гидровольтаическим системам или превосходя их.
Конструкция включает три функциональные зоны, каждая из которых отвечает за свой этап преобразования энергии:
верхняя испарительная поверхность
средний слой ионного транспорта
нижний электрод на основе наноструктурированного кремния
На верхней границе вода постепенно испаряется в воздух, создавая непрерывный восходящий поток жидкости к поверхности. По мере ухода молекул воды растворённые ионы натрия (Na⁺) и хлора (Cl⁻) перераспределяются в оставшейся жидкости, формируя неравномерные концентрации и разности химических потенциалов. Это движение ионов, вызванное испарением, участвует в разделении зарядов и появлении напряжения.
В нижней части системы расположен наноструктурированный кремниевый электрод из наностолбиков, покрытых оксидом. При контакте жидкости с заряженными поверхностями ионы выстраиваются у границы, образуя электрический двойной слой – наноразмерную область разделения зарядов между твёрдой поверхностью и жидкостью.
Поверхностные химические реакции, распределение ионов в межфазной зоне и возникающие электрохимические разности потенциалов задают электрический выход гаджета. Без солнечного света гидровольтаический эффект сохраняется, но даёт значительно меньшую мощность.
С добавлением тепла и света производительность вырастает в пять раз. Кремний работает как полупроводник: фотоны выбивают электроны, и те получают возможность двигаться свободнее. Электрическое поле, созданное дисбалансом ионов, протаскивает возбуждённые электроны через внешнюю цепь, давая полезный ток.
Тепло помогает сразу по двум направлениям. Оно ускоряет испарение и, соответственно, перенос ионов сквозь жидкий слой. Параллельно нагрев меняет поведение зарядов на границе с кремнием, усиливая поверхностные электрические эффекты.
В сумме это даёт измеримый результат. В тестах гаджет выдаёт напряжение холостого хода около 1 вольта и плотность мощности 0,25 ватта на квадратный метр в оптимальных условиях.
По сравнению с серийными солнечными панелями, выдающими сотни ватт с того же квадратного метра, цифры очень низкие. Однако технологию и не позиционируют как альтернативу классической возобновляемой энергетике.
Реальное применение – автономные сенсоры без батарей, системы удалённого мониторинга, узлы умного сельского хозяйства, носимая электроника и интернет вещей в средах, где естественно присутствуют вода, тепло и солнце. Для маломощной автономной электроники полученные результаты уже значимы.
Отдельного внимания заслуживает "разделённая" архитектура. Испарение, ионный транспорт и сбор электронов разнесены по разным слоям, и каждый этап можно изучать и оптимизировать независимо. Это даёт инженерам больше контроля и упрощает масштабирование будущих версий.
Пока вся система остаётся наноразмерной. Электричество вполне реальное и научно значимое, но речь идёт о ранней стадии микроскопического сборщика энергии, а не об источнике для девайсов.
Источник новости: shazoo.ru
