Трибоэлектрический эффект пригоден для получения энергии от морских волн

Трибоэлектрический эффект пригоден для получения энергии от морских волн

Трибоэлектрический эффект знаком всем и каждому: попробуйте потереть расчёской о волосы, и вы немедленно заметите, что поверхность одного из этих «материалов» довольно сильно электризуется. Однако процесс идёт тем лучше, чем суше воздух, из-за чего, на первый взгляд, не очень понятно, как нечто подобное вообще может работать с... морскими волнами. И всё-таки «она вертится», как доказали исследователи во главе с Чжунлинь Ваном (Zhong Lin Wang) из Технологического института Джорджии (США), которые взяли и использовали названный эффект для получения электроэнергии из морских волн.

Сначала г-н Ван работал с привычным трибоэлектричеством, «обуздывая» взаимодействие двух твёрдых тел. Но затем, построив микрогенератор такого типа, задумался: кто сказал, что явление ограничивается лишь этим случаем? Теоретически нечто подобное должно происходить и в жидкостях, и если трение двух твёрдых тел в микрогенераторе дало достаточно электричества для подзарядки мобильного телефона, то неужели жидкостное трение подкачает?..

Воде просто нужен партнёр, рассуждал учёный, электронные параметры которого были бы хоть сколько-нибудь близки к ней. Быть может, некий пластик? Так в итоге и оказалось.

Экспериментаторы сотворили изолированную пластиковую ёмкость, крышка и дно которой содержали электроды в виде пластинок из медной фольги. Изнутри крышка была покрыта слоем полидиметилсилоксана (пластификатор, поедаемый нами подобно пищевой добавке Е 900), на который были нанесены нанопирамидки. Бак наполняли неионизированной водой, а крышку опускали чуть ниже. После того как нанопирамидки входили в контакт с жидкостью, группы атомов наполидиметилсилоксана обретали отрицательный заряд. На поверхности воды заряд ожидаемо становился положительным и не исчезал даже после удаления полидиметилсилоксана.

Гидрофобность полидиметилсилоксана с нанопирамидками (имеющими весьма острый угол с поверхностями капель) сводила к минимуму количество воды, оставшееся на пластике, что упрощало работу всей системы.

Для выработки постоянного тока крышку надо было периодически поднимать и опускать, а электроды — держать подключёнными к выпрямителю и конденсатору. В таком режиме экспериментальный прототип питал одновременно 60 светодиодов. Хотя испытания в солёной воде давали чуть худшие результаты, смысла в эксплуатации устройства это не отменяло.

Пока главной проблемой опытной установки называется снижение силы тока при росте температуры — что, кстати, позволяет надеяться на использование устройства в качестве термодатчика.

И всё же для областей невдалеке от холодных течений (или просто находящихся в зонах умеренного климата) эксплуатация трибоэлектрических генераторов, работающих от энергии волн и запитывающих энергетически автономные системы мониторинга окружающей среды и состояния воды, может быть вполне оправданной.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Angewandte Chemie.

Подготовлено по материалам Phys.Org.