Ученые создали генератор, производящий электричество из трения воды и нанопор кремния
Ученые разработали новую систему генерации электроэнергии, использующую силу трения, возникающую при движении обычной воды через точно сконструированные наноразмерные поры в кремниевых монолитах. Этот метод позволяет производить значительное количество пригодного для использования электричества. Исследование проводилось совместно специалистами Немецкого синхротронного центра DESY и Гамбургского технологического университета.
В отличие от ранее созданных трибоэлектрических наногенераторов, которые преобразовывали в электричество энергию дождевых капель или человеческого пота, но имели крайне низкий КПД, новая разработка демонстрирует рекордную эффективность. Устройство, названное IE-TENG, показало коэффициент преобразования механической энергии в электрическую на уровне 9%, что является одним из самых высоких показателей для твердо-жидкостных наногенераторов.
Принцип работы устройства основан на явлении трибоэлектризации, то есть возникновении электрического заряда при трении. Электричество генерируется на границе материала и жидкости, когда вода под давлением вытесняется из гидрофобных нанопор и затем возвращается обратно. Этот процесс аналогичен возникновению статического электричества, когда человек идет по синтетическому ковру и затем получает легкий разряд, дотронувшись до металлической ручки.
Ключевым достижением ученых стало создание специальной проводящей, нанопористой и одновременно гидрофобной структуры из кремния. Эта архитектура позволяет контролировать движение воды внутри пор, делая процесс преобразования энергии стабильным и масштабируемым. Важным преимуществом технологии является ее воспроизводимость, поскольку система работает без редких или экзотических материалов, используя лишь самый распространенный полупроводник на Земле — кремний — и самую распространенную жидкость — воду.
Разработчики предполагают, что устройства на основе этой технологии смогут эффективно питать системы мониторинга воды, «умную» одежду для отслеживания биометрических данных и датчики для спорта. Кроме того, технология может найти применение в тактильной робототехнике, где прикосновение или движение непосредственно генерирует электрический сигнал. Как отмечают авторы, водоприводные материалы знаменуют собой начало новой эры самоподдерживающихся технологий.
Исследование было опубликовано в научном журнале Nano Energy.