Вчені шукають способи використання низькоцінної енергії, широко поширеної в природному середовищі, для виробництва електроенергії. Дослідницька група створила генератор електроенергії, який збирає природну атмосферну вологість і виробляє безперервні електричні сигнали. Це перший генератор вологості, розроблений з використанням нанорозмірного матеріалу під назвою поліоксометалати. Він має потенціал стати новим напрямком досліджень для поліоксометалатів у сталому використанні малоцінної енергії.
Команда взялася розв’язувати проблему перебоїв у роботі пристроїв перетворення енергії. Вони прагнули розв’язувати проблему дефіциту матеріалів для виробництва електроенергії, що забезпечують атмосферну вологість, і обмежену проєктну продуктивність матеріалів. «Ми хотіли зрозуміти процес перетворення енергії атмосферної вологості в електричну енергію та роль поліоксометалатів у виробленні енергії атмосферної вологості», — сказав Вейлін Чен, професор кафедри хімії Північно-східного педагогічного університету.
Поліоксометалати, відомі як POM, мають особливі морфологічні та функціональні властивості, що робить їх дуже корисними в контрольованому синтезі, складанні та дослідженні продуктивності. Вони є універсальним класом неорганічних молекулярних матеріалів. Наноматеріали POM можуть самозбиратися, утворюючи мікропористі структури, які здатні збирати атмосферну вологу.
Вони також є екологічно чистими, з високою стійкістю до світла, тепла та хімічних середовищ. Вчені очікують, що наноматеріали POM є матеріалами з потенціалом для ефективного використання атмосферної вологості.
Команда сконструювала POMs в органічні кластери амонію-поліоксоаніону. Кластери були зібрані в тонкоплівкові генератори енергії з крихітними порами нанорозміру, званими мікропорами, які здатні працювати в атмосферній вологості. Їхній крихітний генератор POM виробляв напругу 0,68 В, був стабільним і безперервно працював майже в природних умовах з атмосферною вологістю від 10 до 90 відсотків.
Генератор атмосферної вологості POM працює, оскільки нанокластери POM спонтанно поглинають атмосферну вологість за допомогою мікропор у плівках нанодротів POM. Вони утворюють градієнт розподілу води, який є структурною основою виробництва електроенергії. Генератор POM довів високу стабільність і безперервну ефективність виробництва електроенергії.
Команда визначила, що генератор електроенергії POM може ефективно збирати природну атмосферну вологість і створювати безперервні електричні сигнали шляхом нерівномірного розподілу та спрямованого руху іонів. Ця робота містить нові ідеї щодо безперервного використання малоцінної енергії та новий кут дослідження хімії поліоксометалатів.
Виникла нагальна потреба в розробці безперервної низькоцінної енергії в природному середовищі. У минулих дослідженнях вчені створили пристрої, які збирають і використовують малоцінну енергію. Але ці пристрої були обмежені, оскільки енергія низької вартості є переривчастою та нестабільною. В останні роки вчені досягли прогресу у використанні енергії атмосферної вологості. Але POM-генератор команди є першим генератором вологості, який виробляє безперервну електроенергію.
Цей генератор POM має багато потенційних застосувань, наприклад, виявлення дихальних процесів людини; виявлення, запис і сигналізація вологості навколишнього середовища; інтеграція з електроприладами для досягнення безперервного живлення обладнання; і задоволення потреб в електроенергії для багатьох сценаріїв.
«Найважливіше повідомлення полягає в тому, що безперервне виробництво електроенергії з використанням атмосферної вологості було досягнуто завдяки розробці та модифікації наноматеріалів POM, а механізм виробництва енергії атмосферної вологості був глибоко зрозумілий завдяки використанню характеристик наноматеріалів POM», — сказав Чен.
Заглядаючи в майбутнє, команда сподівається підвищити ефективність генерації електроенергії атмосферної вологості шляхом перевірки та оптимізації матеріалів. Вони хочуть досягти глибшого розуміння процесу виробництва електроенергії з атмосферної вологості.
«Кінцевою метою є досягнення ефективного використання генераторів вологості для сприяння сталому розвитку енергетики та навколишнього середовища шляхом вивчення механізму, який оптимізує ефективність генератора вологості», — сказав Чен. Джерело