DigitalArtSpace

Специалисты из Федеральной политехнической школы Лозанны (Ecole Polytechnique Federale de Lausanne) создали наноустройство, которое генерирует устойчивый электрический ток благодаря процессу испарения солёной воды, воздействию солнечного света и нагреву. Данная система функционирует самостоятельно, без использования батарей, благодаря перемещению ионов и электронов внутри кремниевой структуры.

Прежде специалисты разработали платформу для исследования гидровольтаического эффекта — процесса, при котором электричество генерируется при движении жидкости по поверхности наноструктуры, обладающей электрическим зарядом. В качестве основы использовалась решётка из кремниевых наностолбиков, формирующих каналы для испаряющейся жидкости. Усовершенствованное устройство продолжает эту идею и обеспечивает сравнимую или повышенную мощность в сравнении с существующими решениями.

Новая система, в отличие от предыдущих разработок, использует тепло и свет не только для ускорения испарения, но и для контроля перемещения ионов в воде и электронов в полупроводнике. Благодаря этому удается напрямую повышать интенсивность генерации электрического тока.

Конструкция включает в себя три отдельных уровня: слой испарения, слой переноса ионов и слой для сбора электрического заряда. Благодаря такой структурированности появляется возможность наблюдать за каждым этапом процесса и точно регулировать его параметры — начиная с геометрии наностолбиков и заканчивая концентрацией соли.

Работа устройства базируется на взаимодействии нескольких физических явлений. Солнечный свет, попадая на кремний, вызывает возбуждение электронов, а тепло увеличивает отрицательный заряд на его поверхности. Параллельно с этим, испарение солёной воды приводит к перемещению ионов и разделению зарядов в жидкости. На границе раздела между водой и твёрдым телом формируется электрическое поле, которое направляет возбуждённые электроны во внешнюю цепь.

Благодаря поступлению света и тепла, производство энергии возрастает приблизительно в пять раз. Исследователи отмечают, что подобный эффект был известен и ранее, однако впервые он был намеренно применен для увеличения производительности гидровольтаических систем.

Согласно проведенным исследованиям, система выдает напряжение приблизительно в 1 вольт и демонстрирует плотность мощности около 0,25 ватта на квадратный метр (0,25 Вт/м ²). При этом устройство предназначено для продолжительной эксплуатации: кремниевые наностолбики защищены оксидным слоем, который препятствует химическому разрушению в условиях воздействия солёной воды, высоких температур и света.

Благодаря делению на три функциональных слоя, исследователям удалось разработать физическую модель, демонстрирующую принцип действия устройства, и улучшить его параметры. В настоящее время группа специалистов занимается разработкой способов мониторинга процессов в режиме реального времени и проводит исследования с применением солнечного симулятора.

Авторы полагают, что предложенная разработка способна ускорить распространение гидровольтаических технологий, используемых для питания автономных систем. Данные источники энергии идеально подходят для сетей датчиков, не требующих батарей, экологического мониторинга, носимой электроники и устройств интернета вещей – в тех местах, где есть вода, тепло и солнечный свет.

Похожие статьи

В США производят эффективные процессоры: тайванские чипы TSMC возвращаются на родину для завершения производства.

Любители астрономии обнаружили экзопланету TOI-4465 b

В России принят закон об обязанности Apple допускать установку RuStore на iPhone и iPad.

Ракета «Союз-5» с новой системой аварийной защиты двигателей

Новый стандарт для электровелосипедов в Китае: меньше пластика, обязательные зеркала и поворотники.

Toyota лидирует среди покинувших Россию брендов продаж.