Puuvilla kerää sähköä kosteudesta

Maailmanlaajuinen veden kiertokulku liikuttaa ilmakehän läpi vuosittain noin 495 000 kuutiokilometriä vettä (Lähde: NASA ).

Jokainen gramma tätä vettä kuljettaa 2,6 kilojoulea latenttia energiaa siirtyessään nesteen ja höyryn välillä. Laskemalla nämä yhteen saadaan noin 1,2 × 10²⁴ joulea vuodessa, mikä ylittää ihmiskunnan vuotuisen energiankulutuksen 2 000-kertaisesti.

Silti käytännössä juuri mitään tästä energiasta ei jää talteen. Fysiikan perusteella sen pitäisi olla mahdollista.

Kun vesi virtaa kapean, varautuneiden molekyylien reunustaman kanavan läpi, nesteen ionit erottuvat toisistaan polaarisuuden perusteella ja niiden liikkeestä muodostu sähkövirtaa. Tätä virtauspotentiaaliksi kuvailtua ilmiötä esiteltiin ensimmäisen kerran 1800-luvulla.

Nykyaikaiset nanomateriaalit ovat mahdollistaneet uusia lähestymistapoja vaikutuksen hyödyntämiseksi, koska niiden pienet huokoskoot tehostavat ionien erottelua.

Kosteuskäyttöisten generaattoreiden kehittäminen, joilla on suuri ja vakaa teho, on kuitenkin ollut merkittävä haaste.

Kiinalaiset tutkijat ovat nyt luoneet erittäin tehokkaan ja vakaan kaikkiin sääolosuhteisiin soveltuva kosteusenergisen tuoton haihdutuksen avulla puuvillakankailla.

He ovat suunnitelleet fototermisen haihdutukseen perustuvan kosteusgeneraattorin (PEMG), joka muokkaa puuvillakangasta polymeroidulla pyrrolilla polydopamiinirakenteisen (PDA) värikalvon avulla muodostaen siten epäsymmetrisen fototermisen lämpötilagradientin.

Suunnitelma jäljittelee kasvien haihtumista, jossa lehdet menettävät vettä haihtumalla, kun taas juuret vetävät jatkuvasti kosteutta ylöspäin kapillaari-ilmiön avulla.

Tutkimusryhmä suunnitteli puuvillakankaan, jossa oli kaksi polymeeripinnoitetta, jotka luovat itsestään ylläpitäviä kosteusgradientteja auringonvalossa. Eli tasapaino saavutettiin kahdella polymeeripinnoitteella, joilla on erilaiset optiset ominaisuudet.

PDA:n epäsymmetrinen fototerminen kerros ei ainoastaan ratkaise tehokkaasti veden adsorptiokyllästymisen aiheuttamaa riittämättömän jatkuvan tehontuotannon ongelmaa, vaan myös lieventää liiallisesta veden haihtumisesta johtuvaa epävakaata kosteusgradienttia.

Kehitetty rakenne saavutti 0,74 V:n avoimen piirin jännitteen ja 0,72 mA:n oikosulkuvirran 60 %:n suhteellisessa kosteudessa ja yhden auringon valossa.

Tutkijoiden mukaan vaatteisiin integroiduilla PEMG-yksiköillä suunnitellut puettavat järjestelmät tarjoavat riittävän virransyötön elektronisille laitteille luonnollisissa olosuhteissa.

Aiheesta aiemmin:

Sähköä ohuesta ilmasta 24/7

TENG haastaa PENGin

Nestepisaroilla jopa viiden voltin jännite