Инженерите демонстрираха нещо невероятно. Почти всеки материал може да се използва за създаване на устройство, което непрекъснато събира енергия от влажния въздух.
Това не е разработка, която е готова за практическо приложение, но според създателите му тя надхвърля някои от ограниченията на други подобни генериращи устройства. Всичко, което се изиства от материалите, е да бъдат изпълнени с нанопори с диаметър по-малък от 100 нанометра. Това е около една хилядна от ширината на човешки косъм, така че е по-лесно да се каже, отколкото да се направи, но е много по-просто от очакваното.
Такъв материал може да събира електричеството, генерирано от микроскопични водни капчици във влажен въздух, според екип, ръководен от инженера Сяоменг Лиу от университета на Масачузетс Амхърст.
Те нарекоха откритието си "общ ефект на Air-gen".
"Въздухът съдържа огромно количество електричество", казва инженерът Джун Яо от UMass Amherst.
"Помислете за облак, който не е нищо повече от маса водни капчици. Всяка от тези капчици съдържа заряд и когато условията са подходящи, облакът може да произведе мълния, но ние не знаем как надеждно да улавяме електричеството от светкавица. Това, което направихме, е да създадем малък облак, който произвежда електричество за нас предсказуемо и непрекъснато, така че да можем да го събираме."
Ако Air-gen звучи познато, това е, защото екипът преди това е разработил устройство за събиране на енергия от въдуха. По-ранното им устройство обаче разчиташе на протеинови наножици, отгледани от бактерия, наречена Geobacter sulfurreducens.
Е, както се оказва, бактерията не е необходима.
"Това, което разбрахме, след като направихме откритието с Geobacter, е, че способността да се генерира електричество от въздуха – това, което тогава нарекохме Air-gen ефект – се оказва масова. Буквално всеки вид материал може да събира електричество от въздуха, както стига да има определено свойство", обяснява Яо.
Това свойство са нанопорите и техният размер се определя от средния свободен път на водните молекули във влажния въздух. Това е разстоянието, което една водна молекула може да измине във въздуха, преди да се сблъска с друга водна молекула.
Генериращото устройство Air-gen е направено от тънък филм от материал, като целулоза, копринен протеин или графенов оксид. Молекулите на водата във въздуха могат лесно да навлязат в нанопорите и да пътуват от горната част на филма към дъното, но те се натъкват на страните на порите, докато пътуват.
Тези прехвърляния зареждат материала, създавайки натрупване и когато повече водни молекули се вливат в горната част на филма, възниква дисбаланс на заряда между двете страни.
Това създава ефект, подобен на този, който виждаме в облаците, произвеждащи мълнии - издигащият се въздух създава повече сблъсъци между водните капки в горната част на облака, което води до излишък на положителен заряд в по-високите облаци и излишък на отрицателен заряд в по-ниските.
В този случай зарядът може потенциално да бъде пренасочен към захранване на малки устройства или да се съхранява в батерия.
В момента разработката все още е в начален етап. Целулозният филм, който екипът тества, има спонтанно изходно напрежение от 260 миливолта в околната среда, докато мобилен телефон изисква изходно напрежение от около 5 волта. Но филмите са тънки и това означава, че могат да бъдат подредени и устройствата Air-gen да станат по-практически приложими.
А фактът, че могат да бъдат направени от различни материали, означава, че устройствата могат да бъдат адаптирани за средата, в която ще се използват, казват изследователите.
"Идеята е проста, но никога не е била открита досега и отваря всякакви възможности", казва Яо. "Можете да си представите устройства, направени от един вид материал за тропически гори и друг за по-сухи региони."
Следващата стъпка е да бъдат тествани устройствата в различни среди и също така да се работи по оразмеряването им. Но общият ефект на Air-gen е реален и възможностите са обнадеждаващи.
"Това е много вълнуващо", казва Лиу. "Отваряме широка врата за събиране на чиста електроенергия от въздуха."
Изследването е публикувано в Advanced Materials.
