Исследователи разработали эффективную технологию поглощения энергии из металла посредством расщепления его химических связей. Это позволяет устройствам непрерывно получать электроэнергию без аккумуляторов или внешних сил.
В настоящее время в качестве отдельного источника питания электроники используются аккумуляторы или сборщики энергии, генерирующие ее под действием света, ветра, тепла и других факторов. Батареи накапливают энергию внутри, что ограничивает максимальный запас и делает их тяжелыми. Сборщики, такие как фотоэлементы, хотя и не имеют лимитов емкости, но функционируют только при определенных условиях и не способны быстро конвертировать окружающую энергию.
Команда инженеров из Пенсильванского университета решила объединить лучшие качества этих двух фундаментальных технологий, разработав воздушно-металлический поглотитель (ВМП). Он работает по принципу аккумулятора, так как обеспечивает питание посредством многократного разрушения и образования химических связей, но при этом он также выполняет функцию сборщика, поскольку извлекает энергию из окружающей среды.
В процессе работы такая система фактически окисляет верхний слой металла и поглощает высвобождаемые при этом электроны. Мощность и емкость энергии зависит от потенциала окисления.
Как и традиционная батарея, ВМП состоит из подключенного к работающему устройству катода, под которым находится кусок гидрогеля с губчатой сетью полимерных цепей, проводящей электроны между поверхностью металла и катодом через молекулы воды. Гидрогель действует как электролит, а любая металлическая поверхность, к которой он прикасается, функционирует как анод аккумулятора, позволяя электронам течь к катоду и питать устройство.
В ходе исследования команда подключила к ВМП небольшой моторизованный автомобиль. Перетаскивая за собой гидрогель с небольшим запасом воды, он окислял металлические поверхности, по которым проезжал, оставляя позади микроскопический слой ржавчины. Хотя система использует легкодоступные связи, но существует риск, что со временем слой металла может истощаться.
Ученые проверили эффективность системы на алюминии, цинке и нержавеющей стали. Даже с учетом дополнительного веса воды, гидрогеля и катода, показатель плотности энергии был в 13 раз больше, чем у литий-ионного аккумулятора, а мощность в 10 выше, чем у лучших на сегодня солнечных панелей и ветрогенераторов.
На базе этой технологии другие команды исследователей уже разрабатывают недорогие системы освещения для автономных домов и долговечные датчики контроля для транспортных контейнеров.
Напомним, что недавно изобрели материал, превращающий любую поверхность в солнечную батарею.
текст: Илья Бауэр, фото и видео: Mack Institute for Innovation Management