Дослідники розробили перший генератор електроенергії, що працює на вологості, використовуючи шкаралупу волоських горіхів, який може виробляти електроенергію шляхом взаємодії води та органічної речовини. Результати цього дослідження опубліковані в журналі Energy & Environmental Materials.
Команда використовувала шкаралупу мигдалю, фундука, пекану та волоських горіхів, які багаті на пори та гідрофільні групи. Коли ці матеріали контактують з водою, мікроканали активують гідроелектричний ефект — рух іонів внаслідок випаровування та капілярних сил, що призводить до генерації електричного струму. Пристрій зі шкаралупи волоського горіха демонстрував постійну напругу, що перевищує 600 мВ, та щільність потужності, що перевищує 5,9 мкВт/см², ефективно працюючи протягом цілого тижня.
Отже, який механізм цього? Вчені протестували різні види горіхів — мигдаль, фундук, пекан та волоські горіхи. Виявляється, що їхня шкаралупа не просто жорстка; вона має крихітні, непомітні отвори, схожі на губку — це «пори». Крім того, поверхня цих шкаралуп має сильну спорідненість з водою — ця властивість називається «гідрофільними групами». Коли вода контактує зі шкаралупою, вона починає рухатися через крихітні трубочки завдяки цим порам та своїй спорідненості з водою. Це явище схоже на те, як вода піднімається по соломинці або стовбуру дерева — відоме як «капілярні сили». Коли вода рухається та випаровується, вона захоплює дрібні заряджені частинки, відомі як «іони». Рух цих іонів генерує електричний струм — це суть «гідроелектричного ефекту». По суті, коли вода рухається та випаровується, вона ніби створює тертя об шкаралупу, таким чином виробляючи електрику. Пристрій, виготовлений зі шкаралупи волоського горіха, продемонстрував найвищу ефективність, генеруючи невелику, але стабільну кількість електроенергії (600 мілівольт — приблизно половина потужності стандартної батарейки типу AAA) протягом тижня. Цього достатньо для живлення дуже маленьких пристроїв.
Після хімічної обробки (зокрема, травлення гідроксидом калію) продуктивність покращилася: напруга досягла 1,21 В, а максимальна щільність струму короткого замикання становила 347,2 мкА/см², що перевершує можливості більшості органічних та неорганічних аналогів. Коли два таких пристрої були з'єднані, вони успішно живили РК-калькулятор без необхідності використання додаткових перетворювачів.
Дослідники на цьому не зупинилися; вони прагнули ще більше вдосконалити свої генератори-«горіхи»! Вони обробили шкаралупу спеціальним хімічним речовиною (відомим як «гідроксид калію»), ймовірно, зробивши її пори доступнішими або модифікуючи її поверхню для ефективнішої взаємодії з водою. Після цієї «хімічної обробки» продуктивність пристрою значно покращилася: він почав генерувати майже вдвічі більше електроенергії (1,21 вольта — порівняно зі стандартною батарейкою AAA, але що виробляється з однієї оболонки!). Крім того, за цими показниками він перевершив багато інших «зелених» енергетичних рішень, отриманих як з органічних, так і з неорганічних матеріалів. Щоб продемонструвати його практичність, вони з’єднали два з цих вдосконалених генераторів-«горіхів», і два пристрої-«горіхи» змогли без зусиль живити стандартний калькулятор з РК-дисплеєм.
За словами авторів, ця технологія ілюструє, як сільськогосподарські відходи — шкаралупу звичайного волоського горіха — можна перетворити на доступне та екологічно чисте джерело енергії для невеликих електронних пристроїв. У майбутньому такі генератори зможуть використовувати вологу, дощову або навіть морську воду, прокладаючи шлях для нових досягнень у розвитку сталої енергетики.
Джерело: ukr.media
