Сонце, сіль та трохи фізики: в EPFL навчилися добувати електрику з випаровування води
Поки світ гарячково шукає способи запхати якомога більше літію в акумулятори, вчені з Федеральної політехнічної школи Лозанни (EPFL) вирішили піти іншим шляхом. Вони розробили нанопристрій, який видобуває електрику буквально з повітря — точніше, з процесу випаровування солоної води під сонячними променями. Це не черговий лабораторний фокус, а цілком робоча концепція гідровольтаїчного ефекту, посилена сучасним напівпровідниковим «шаманством».
Фізика на межі води та кремнію
В основі розробки лежить явище, при якому рух рідини по зарядженій поверхні наноструктури генерує електричний струм. Раніше команда вже експериментувала з решітками з кремнієвих наностолбиків, але в новій ітерації вони додали до рівняння світло та тепло. Тепер система не просто чекає, поки вода випарується, а активно керує рухом іонів та електронів всередині матеріалу.
Працює це так: фотони сонячного світла збуджують електрони в кремнії, а теплове випромінювання підсилює негативний заряд на поверхні матеріалу. Коли солона вода проходить крізь канали, виникає електричне поле, яке буквально виштовхує електрони в зовнішню цепь. Результат вражає — додавання світла та тепла збільшило виробіток енергії у п'ять разів порівняно з попередніми прототипами, про що свідчать результати досліджень у галузі нанотехнологій.
Сонячне випаровування: як наноструктури EPFL генерують чисту енергію. Ілюстрація: EPFL
Три шари автономності
Конструктивно пристрій розділений на три незалежні зони: шар випаровування, шар переносу іонів та шар збору заряду. Така архітектура дозволяє вченим не гадати на кавовій гущі, а точно налаштовувати кожен етап процесу. Можна змінювати геометрію наностолбиків або концентрацію солі, щоб досягти максимальної ефективності. Поточні показники — напруга близько 1 вольта та щільність потужності 0.25 Вт/м².
Щоб кремній не «розчинився» у солоному середовищі, автори покрили наноструктури захисним оксидним шаром. Це робить пристрій довговічним та стійким до хімічної деградації. Звісно, потужності в чверть вата на квадратний метр не вистачить, щоб заживити ваш ігровий ПК, але для датчиків екологічного моніторингу або носимої електроніки цього цілком достатньо.
Майбутнє без батарейок
Головна перевага цієї технології — повна автономність. У світі, де кількість пристроїв «інтернету речей» (IoT) зростає в геометричній прогресії, проблема утилізації мільярдів маленьких батарейок стає критичною. Гідровольтаїчні елементи можуть стати елегантним рішенням для сенсорних мереж у місцях, де є хоча б трохи води та сонця.
Зараз команда дослідників продовжує тестування за допомогою сонячних симуляторів та працює над методами спостереження за процесами в реальному часі. Це дозволить ще більше оптимізувати вихідні характеристики та, можливо, вивести технологію з лабораторій у реальний світ.
Поки вчені працюють над мікроскопічними джерелами енергії, гіганти індустрії повертаються до масштабних обчислень. Наприклад, Tesla відновлює роботу над суперкомп’ютером Dojo3, що підтверджує амбіції Ілона Маска (Elon Musk) у сфері штучного інтелекту.
