Инженеры описывают «общий эффект Air-gen» — почти любой материал может быть сконструирован с нанопорами для сбора экономичной, масштабируемой и бесперебойной электроэнергии.
Исследователи из Массачусетского университета в Амхерсте открыли метод получения непрерывного электричества из влажности воздуха с использованием любого материала с нанопорами менее 100 нанометров, получивший название «общий эффект Air-gen». Эта технология, масштабируемая и бесперебойная, прокладывает путь к широкому спектру рентабельного непрерывного производства электроэнергии из различных материалов, преодолевая ограничения зависящих от условий возобновляемых источников энергии, таких как солнечная и ветровая энергия.
Группа инженеров из Массачусетского университета в Амхерсте недавно продемонстрировала, что почти любой материал можно превратить в устройство, которое непрерывно собирает электричество из влажности воздуха. Секрет заключается в возможности наполнить материал нанопорами диаметром менее 100 нанометров. Исследование опубликовано в журнале Advanced Materials.
«Это очень интересно», — говорит Сяомэн Лю, аспирант факультета электротехники и вычислительной техники Инженерного колледжа Университета Массачусетса в Амхерсте и ведущий автор статьи. «Мы открываем широкие возможности для получения чистого электричества из воздуха».
«В воздухе содержится огромное количество электричества», — говорит Джун Яо, доцент кафедры электротехники и вычислительной техники Инженерного колледжа Университета Массачусетса в Амхерсте и старший автор статьи. «Подумайте об облаке, которое представляет собой не что иное, как массу капель воды. Каждая из этих капель содержит заряд, и при подходящих условиях облако может произвести разряд молнии, но мы не знаем, как надежно улавливать электричество от молнии. Что мы сделали, так это создали искусственное небольшое облако, которое предсказуемо и непрерывно производит для нас электричество, чтобы мы могли его собирать».
Суть рукотворного облака зависит от того, что Яо и его коллеги называют «общим эффектом генерации воздуха», и основывается на работе, которую Яо и его соавтор Дерек Ловли, заслуженный профессор микробиологии Университета Массачусетса в Амхерсте, ранее завершили. в 2020 году, демонстрируя, что электричество можно непрерывно получать из воздуха с помощью специального материала, состоящего из белковых нанопроволок, выращенных из бактерии Geobacter sulfurereducens.
«После открытия Geobacter мы поняли, — говорит Яо, — что способность генерировать электричество из воздуха — то, что мы тогда назвали «воздухогенным эффектом», — оказывается универсальной: буквально любой материал может получать электричество из воздуха, если он обладает определенным свойством».
Это свойство? «В нем должны быть отверстия размером менее 100 нанометров (нм) или менее одной тысячной ширины человеческого волоса».
Это связано с параметром, известным как «длина свободного пробега» — расстоянием, которое проходит одна молекула вещества, в данном случае воды в воздухе, прежде чем она столкнется с другой одиночной молекулой того же вещества. Когда молекулы воды взвешены в воздухе, их длина свободного пробега составляет около 100 нм.
Яо и его коллеги поняли, что они могут разработать сборщик электроэнергии на основе этого числа. Этот сборщик будет сделан из тонкого слоя материала, заполненного нанопорами размером менее 100 нм, которые позволят молекулам воды проходить из верхней части материала в нижнюю. Но поскольку каждая пора очень мала, молекулы воды могут легко столкнуться с краем поры, проходя через тонкий слой. Это означает, что верхняя часть слоя будет бомбардироваться гораздо большим количеством молекул воды, несущих заряд, чем нижняя часть, создавая дисбаланс заряда, как в облаке, поскольку верхняя часть увеличивает свой заряд по сравнению с нижней частью. Это фактически создало бы батарею, которая работает до тех пор, пока в воздухе есть хоть какая-то влажность.
«Идея проста, — говорит Яо, — но она никогда не была обнаружена раньше, и она открывает множество возможностей». Харвестер может быть изготовлен буквально из любого материала, предлагая широкий выбор экономичных и адаптируемых к окружающей среде конструкций. «Вы можете представить комбайны, сделанные из одного материала для тропических лесов, и другого для более засушливых регионов».
А поскольку влажность всегда присутствует, комбайн будет работать круглосуточно и без выходных, в дождь или в солнечную погоду, ночью и независимо от того, дует ветер или нет, что решает одну из основных проблем таких технологий, как ветровая или солнечная, которые работают только при определенных условиях. .
Наконец, поскольку влажность воздуха рассеивается в трехмерном пространстве, а толщина устройства Air-gen составляет лишь часть ширины человеческого волоса, многие тысячи таких устройств можно складывать друг на друга, эффективно увеличивая количество. энергии без увеличения занимаемой площади устройства. Такое устройство Air-gen будет способно поставлять мощность на уровне киловатта для общего использования электроэнергией.
«Представьте себе мир будущего, в котором чистое электричество доступно везде, где бы вы ни находились», — говорит Яо. «Общий эффект Air-gen означает, что этот будущий мир может стать реальностью».
No comments:
Post a Comment