Europejski zespół badawczy, w którym pracują naukowcy z DESY i Politechniki w Hamburgu, zaprezentował niewielki generator wykorzystujący krzem i wodę. Urządzenie wytwarza prąd, gdy woda jest wtłaczana do nanoporów w krzemie i z nich wypychana. Zespół widzi w tym pomysł na źródło zasilania dla małych czujników, które dziś zwykle wymagają baterii.
Punktem wyjścia do tych badań było proste pytanie. Czy da się ułożyć krzem i wodę w taki sposób, by ruch cieczy pod ciśnieniem nie marnował się, lecz zamieniał się w prąd? W odpowiedzi badacze zbudowali generator oparty na zjawisku triboelektrycznym. To ten sam efekt, który powoduje, że naelektryzowane włosy stają dęba, tylko że tutaj ładunek powstaje na granicy wody i krzemu.
Sercem urządzenia jest płytka krzemowa z gęstą siecią porów o rozmiarach rzędu nanometrów. Materiał przewodzi prąd i niechętnie przyjmuje wodę. To połączenie okazuje się ważne, bo pozwala kontrolować sposób, w jaki ciecz wpływa do wnętrza porów i z nich wychodzi. W efekcie powstający ładunek jest stabilny i można go łatwo odebrać, zamiast pozwolić mu się rozproszyć.
Baterie w naszej ofercie:
Jak to działa?
Prąd tworzy się wtedy, gdy woda pod ciśnieniem przemieszcza się przez pory i ociera się o ich ściany. Różnica w ładunku pomiędzy powierzchnią krzemu a cieczą daje sygnał elektryczny, który można odprowadzić przez elektrody. Kluczowe jest tu cykliczne działanie. Woda musi być na zmianę wtłaczana i wypychana, co w naturalny sposób zachodzi w wielu środowiskach, w których występują drgania, naciski albo przepływy.
Zespół badawczy zwraca uwagę na osiągniętą sprawność konwersji energii, która wynosi około dziewięciu procent. Jak na generator triboelektryczny to wysoki wynik. Dzięki temu urządzenie przestaje być ciekawostką i zaczyna mieścić się w zapotrzebowaniu energetycznym niewielkich czujników wykorzystywanych w elektronice użytkowej, robotyce czy odzieży sportowej.
Energia, która nie powinna się marnować
Technologia dobrze wpisuje się w rozwój systemów, które same się zasilają i nie potrzebują baterii. Projektanci wskazują na zastosowania w odzieży treningowej. Inny przykład to robotyka, w której sam dotyk albo nacisk mógłby jednocześnie zasilać czujnik. W wielu sytuacjach generator da się zintegrować z elementem podlegającym ruchowi, dzięki czemu źródło energii jest praktycznie darmowe.
Badacze podają też przykład zawieszenia samochodu. W nadkolu wibracje i zmiany ciśnienia pojawiają się bez przerwy. Gdyby umieścić tam moduł krzemowo-wodny, to cykliczne ugięcia zawieszenia mogłyby zasilać lokalne czujniki monitorujące stan elementów pojazdu. Energia, która i tak powstaje przy jeździe, nie musiałaby się marnować.
Ta technologia to część większego ruchu
Warto podkreślić, że całość opiera się na materiałach dobrze znanych i łatwych do wytwarzania. Krzem jest podstawą mikroelektroniki, a woda pozostaje tania i dostępna wszędzie. To może ułatwić skalowanie rozwiązania i obniżyć koszty produkcji.
Praca wpisuje się w szerszy trend wykorzystywania energii ukrytej w codziennych ruchach. W innych projektach powstają systemy odzyskujące prąd z kroków pasażerów w metrze lub z przepływu wiatru nad kroplami wody. Wszystkie te pomysły pokazują, że nawet niewielkie źródła energii mogą zasilić elektronikę, jeśli tylko odpowiednio je wykorzystać.
