Новая гидроэлектрическая ячейка, разработанная исследователями Китайской академии наук (CAS), может непрерывно вырабатывать электроэнергию, используя мало воды и без солнечного света. Эта функция может помочь развернуть устройство в отдаленных местах, в суровых условиях и ночью, когда генераторы энергии на солнечных батареях не работают.
Учитывая растущий спрос на более чистые источники энергии, исследователи работают над инновационными подходами, которые могут помочь нам удовлетворить наши потребности в энергии без выбросов углерода, характерных для ископаемого топлива.
Гидровулканическая ячейка генерирует электричество, поглощая энергию от взаимодействия воды с другими поверхностями. Как и их фотоэлектрические аналоги, гидровулканические ячейки зависят от солнечного света для питания своей работы, и их выходы были ограничены условиями окружающей среды, такими как солнечный свет и ветер.
Обычно гидроэлектрическим элементам требуется непрерывная подача воды и среда с низкой влажностью для функционирования с максимальной эффективностью. Однако исследователи из CAS преодолели это, герметично запечатав элемент и сделав его почти закрытой системой, которая может работать без воздействия внешних условий.
Как работает гидрогальванический элемент?
Герметичный гидровулканический элемент (ГВЭ) состоит из внутреннего блока генерации электроэнергии, изготовленного из технического углерода и папиросной бумаги.
Небольшой гетерогенный впитывающий двойной слой, разработанный для ячейки, создает непрерывную циркуляцию воды, используя капиллярный поток из папиросной бумаги и небольшие колебания температуры окружающей среды, которые вызывают испарение.
Электрогенератор преобразует окружающее тепло в выходную мощность. По словам исследователей, их блок генерировал стабильную электроэнергию в течение 160 часов с незначительным потреблением воды, что делает его идеальным для развертывания в районах с дефицитом воды, таких как пустыни или даже подземные инженерные объекты.
Исследователи также обнаружили, что интенсивный свет может способствовать выходу HHC. Вероятно, это связано с повышенным поглощением углеродной сажей, что увеличивает градиент влажности внутри ячейки посредством фототермического эффекта. Это улучшает выработку электроэнергии в HHC.
Колебания — ключ
Исследования в области разработки HHC также выдвинули на первый план ранее неизвестный эффект внутренней циркуляции. Хотя предполагалось, что колебания температуры пагубно влияют на выработку энергии, в случае этой ячейки они способствовали замкнутой циркуляции, что привело к непрерывной выработке энергии.
HHC имеет умеренное напряжение разомкнутой цепи, но исследователи предполагают, что он имеет самую высокую эффективность преобразования энергии, поскольку не потребляет никакой новой воды. Подход также учитывает ограничения, накладываемые условиями окружающей среды.
Исследователи уверены, что их подход помогает генерировать электроэнергию по низкой стоимости и легко доступен. Более того, поскольку окружающее тепло является неисчерпаемым источником энергии, команда успешно преобразовала этот низкосортный источник энергии в полезную мощность.
При стабильном выходе и отсутствии дополнительного потребления воды этот подход может легко удовлетворить потребности в энергии в различных типах мест. Исследователи надеются, что их подход вдохновит другие группы на дальнейшие инновации в этой области и разработку гораздо более эффективных конструкций в будущем.
Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications .