Уявіть світ, де ваші гаджети живляться не від розетки, а від вологості навколишнього середовища. Звучить як наукова фантастика, але завдяки проривному відкриттю вчених, це може стати реальністю вже в найближчому майбутньому. Дослідники розробили інноваційну технологію, що дозволяє перетворювати енергію випаровування води в електрику, відкриваючи шлях до створення екологічно чистої і самозаряджається електроніки.
Новий принцип роботи: від гідровольтаїки до еваполектріке
Традиційні гідровольтаїчні системи-це спосіб вилучення енергії з води, заснований на використанні змін вологості, випаровування або руху самої рідини. Однак, сучасні методи часто страждають від неефективності, обумовленої втратами енергії при перетворенні. Вчені вирішили усунути цей недолік, представивши концепцію “еваполектрікі” – принципово нової технології, повністю виключає механічні етапи перетворення.
В основі інновації-вологоутримуючий гель і термоелектричний генератор
Серцем цього прориву є “генератор evapolectrics”, який використовує комбінацію м’якого, вологоутримуючого гелю та термоелектричного компонента. Ця система працює наступним чином:
- Вологовбирання:Пористий гідрогель з полівінілового спирту (PVA), що нагадує суперпоглинаючу губку або підгузник, рівномірно вбирає вологу з повітря.
- Охолодження і температурний градієнт:При випаровуванні води з поверхні гелю, він охолоджується, аналогічно тому, як піт охолоджує шкіру. Це створює невелику, але стійку різницю температур між охолодженим гелем і більш теплим базовим шаром.
- Перетворення енергії:Термоелектричний генератор, розташований між гелем і базовим шаром, перетворює цю різницю температур в електричну напругу.
Підвищена ефективність: в три рази вище, ніж у традиційних систем
Результати досліджень, опубліковані в журналі “Advanced Functional Materials”, демонструють вражаючу ефективність нової технології. Потужність електрики, що виробляється “генератором evapolectrics”, була в три рази вище, ніж у традиційних гідровольтаїчних систем. Більш того, це було досягнуто в реальних умовах навколишнього середовища: при температурі 26 градусів Цельсія і вологості 40%.
Перспективи застосування: від носимої електроніки до” самозаряджаються ” датчиків
Незважаючи на відносно скромну на даний момент потужність, “генератор evapolectrics” вже досить ефективний для роботи з базовою електронікою. В ході експериментів команда успішно живила невеликий рідкокристалічний дисплей, що доводить потенціал для живлення малопотужних пристроїв.
Ключові фактори успіху і можливості вдосконалення
Дослідники відзначають, що товщина шару гідрогелю відіграє важливу роль в ефективності системи. Більш тонкі шари (близько 0,8 міліметра) забезпечують більш ефективне охолодження термоелектричного генератора. Подальше вдосконалення матеріалів і конструкції може значно підвищити продуктивність – за попередніми даними, в три-п’ять або навіть в десять разів.
Революція в носимій електроніці
Найбільш захоплюючі перспективи пов’язані із застосуванням цієї технології у сфері носимої електроніки. Уявіть собі фітнес-трекери та датчики навколишнього середовища, що працюють безперервно завдяки вологості повітря або навіть власному поту, без необхідності заміни батарей! Такі пристрої зможуть безперервно відстежувати стан здоров’я, не споживаючи енергію із зовнішніх джерел.
Виклик майбутньому: від лабораторії до масового виробництва
Вчені впевнені в комерційному потенціалі своєї розробки і планують впровадити технологію в масове виробництво протягом 3-5 років. Безперервні дослідження і постійне вдосконалення дизайну, включаючи більш ефективні термоелектричні модулі, поліпшені тепловідводи і зміни поверхні гелю для прискорення випаровування, дозволять розширити сферу застосування технології і зробити її доступною для широкого кола споживачів.
“Як і у випадку з сонячними панелями, ККД яких від 6% виріс до більш ніж 30%, за допомогою постійних інновацій і роботи дослідницького співтовариства ми можемо побачити аналогічний стрибок в ефективності технологій, що працюють на воді. Це відкриє двері в світ електроніки, яка заряджається сама по собі, використовуючи силу вологи навколишнього середовища,” – підсумовує Цзин Цао.
Посилання:Цзичен Гун, Аді Суварді та Цзін Цао, Виробництво електроенергії шляхом випаровування навколишньої води за відсутності сонячного світла за допомогою пористих гідрогелів на основі ПВА, передові функціональні матеріали (2025). DOI: 10.1002/adfm.202423371
Автор зображення:Вальтербік на Pixabay.
