دانشمندان آلمانی در پژوهشی مشترک میان دانشگاه صنعتی هامبورگ و مرکز تحقیقات DESY، موفق به تبدیل آب و فشار مکانیکی به برق شدند؛ روشی نوآورانه و دوستدار محیط زیست که بدون نیاز به مواد شیمیایی یا فلزات کمیاب، میتواند مسیر توسعه فناوریهای سبز و خودکفا را متحول کند؛ به عبارتی دیگر ترکیب آب و سیلیکون به ما یک منبع انرژی پاک، تکرارپذیر و مقرونبهصرفه میدهد؛ بدون هیچ ماده پیچیده یا سمی.
به گزارش پایگاه خبری بهرهورنیوز، دانشمندان آلمانی با دستیابی به روشی نوآورانه در تبدیل آب و فشار مکانیکی به برق، گامی بزرگ در مسیر توسعه فناوریهای سبز و خودکفا برداشتند؛ در این روش که توسط پژوهشگران دانشگاه صنعتی هامبورگ (TUHH) و مرکز تحقیقات DESY توسعه یافته، برق تنها از طریق حرکت آب در منافذ بسیار ریز سیلیکون و بدون استفاده از هیچ نوع ماده شیمیایی یا فلز کمیاب تولید میشود؛ فناوریای ساده اما شگفتانگیز که میتواند آغازگر نسل جدیدی از سیستمهای تولید انرژی پاک باشد.
این روش بر پایه پدیدهای به نام تریبوالکتریک یا تولید الکتریسیته از اصطکاک بنا شده است. پژوهشگران دستگاهی طراحی کردهاند که در آن، آب تحت فشار وارد منافذ نانومتری سیلیکون شده و سپس به بیرون رانده میشود. این ورود و خروج مداوم آب باعث جدایی بارهای الکتریکی در مرز تماس میان دیواره سیلیکونی و مایع میشود. همانند زمانی که با کفش روی فرش راه میرویم و سپس با لمس دستگیره فلزی جرقهای کوچک ایجاد میشود؛ اما تفاوت اینجاست که این اثر در ابعاد نانویی، کنترلشده، پیوسته و قابل جمعآوری بهصورت انرژی الکتریکی استفاده میشود.
پروفسور پاتریک هوبر، سرپرست تیم تحقیقاتی، توضیح میدهد: «حتی آب خالص، زمانی که در منافذی با ابعاد چند نانومتر محدود شود، میتواند بهعنوان یک عنصر فعال برای تولید انرژی به کار رود.» این کشف نشان میدهد که چیزی بهظاهر ساده مانند آب، اگر در محیط مناسب قرار گیرد، میتواند رفتار کاملاً متفاوتی نسبت به حالت عادی داشته باشد و منبع انرژی شود.
این تیم سامانهای به نام ژنراتور نانویی تریبوالکتریک نفوذ-استخراج (IE-TENG) ساخته است. در این سیستم، آب با فشار مکانیکی وارد هزاران منفذ نانومتری در سیلیکون میشود و سپس بهوسیله همین فشار از منافذ خارج میگردد؛ در این فرآیند، بارهای مثبت و منفی توزیعشده بین سطح سیلیکون و مولکولهای آب دوباره جدا میشوند و جریان الکتریکی قابل اندازهگیری ایجاد میکنند. جالبتر اینکه بازده تبدیل انرژی این نمونه اولیه به ۹ درصد رسیده است؛ عددی بسیار قابلتوجه در فناوریهای جامد–مایع، که معمولاً بازدهی بسیار پایینتری دارند.
ویژگی برجسته این فناوری، سادگی و دسترسپذیری مواد آن است؛ فقط از سیلیکون — دومین عنصر فراوان پوسته زمین — و آب — فراوانترین مایع روی سطح سیاره — استفاده شده و هیچ نیازی به فلزات کمیابی مانند لیتیوم، کبالت یا عناصر خاکی کمیاب که استخراج آنها هزینهبر و مخرب محیطزیست است، وجود ندارد.
به گفته دکتر مانوئل برینکر، از اعضای تیم تحقیقاتی؛ «کلید این موفقیت، توسعه ساختارهای دقیق سیلیکونی بود که همرسانا هستند، هم دارای منافذ نانومتری و در عین حال آبگریز. این ترکیب موجب کنترل دقیق حرکت آب و پایداری انرژی تولید شده میشود.»
کاربردهای آینده این فناوری گسترده است؛ پژوهشگران معتقدند میتوان این سامانه را در محیطهایی به کار گرفت که فشار مکانیکی دائماً وجود دارد، مثل کمکفنر خودروها، لاستیک هواپیما، کفشهای ورزشی یا حتی موجهای دریا؛ همچنین در حسگرهای خودکار، لباسهای هوشمند، سیستمهای پایش سلامت بدن، ابزارهای پزشکی پوشیدنی یا رباتهای لمسی (هپتیک)، میتواند بدون نیاز به باتری خارجی، انرژی خود را تأمین کند.
دکتر لوئیس بارتولومه، از اعضای مؤسسه انرژی اسپانیا (CIC EnergiGUNE) و DESY، میگوید: «ترکیب آب و سیلیکون به ما یک منبع انرژی پاک، تکرارپذیر و مقرونبهصرفه میدهد. بدون هیچ ماده پیچیده یا سمی.»
همچنین نویسندگان اصلی پژوهش، سیمونه ملونی و یاروسلاو گروسوتأکید کردند: «مواد مبتنی بر انرژی آب، آغازگر دوران جدیدی از فناوریهای خودکفای بدون باتری هستند.»
منبع: ساتبا برگرفته از منبع: https://interestingengineering.com/energy/battery-free-wearable-and-robotic-sensors
مطالب مرتبط:
ابتکار جذاب ژاپنیها: تولید برق با قدم گذاشتن روی کاشیهای پیادهرو
تجربه بهرهوری: تولید برق پاک بیصدا با توربین بادی بدون پره
تولید برق از حرکات بدن؛ نوآوری با 280 برابر راندمان بیشتر