Woda jako fundament nowej technologii
Zespół z Nanjing University of Aeronautics and Astronautics postanowił wykorzystać wodę w podwójnej roli – zarówno jako nośnik energii, jak i element konstrukcyjny. Tamtejsze pływające urządzenie wykorzystuje zjawisko elektryczności kropelkowej, gdzie uderzające krople generują ładunek elektryczny na specjalnej folii. Mechanizm działa dzięki wykorzystaniu jonów obecnych w wodzie, które pełnią funkcję naturalnych nośników ładunku. Gdy kropla deszczu uderza w powierzchnię, wytwarza się napięcie sięgające nawet 250 woltów. To porównywalne z tradycyjnymi generatorami, lecz przy znacznie prostszej konstrukcji.
Czytaj też: Ultraczarny materiał pochłania 99,5 procent światła. Dziedzina fotowoltaiki właśnie całkowicie się zmieniła
Inżynierowie rozwiązali też problem zalewania urządzenia podczas ulewy. Zaprojektowali system mikroskopijnych otworów, które wykorzystują napięcie powierzchniowe wody. Dzięki temu woda swobodnie spływa, nie blokując przy tym powierzchni roboczej.
Pozwalając wodzie pełnić zarówno rolę strukturalną, jak i elektryczną, odkryliśmy nową strategię generowania elektryczności z kropel, która jest lekka, ekonomiczna i skalowalna – tłumaczy Wanlin Guo, autor badania
Lżejsze i tańsze o połowę
W porównaniu z poprzednimi rozwiązaniami, nowy generator oferuje znaczną redukcję wagi i kosztów. Konstrukcja jest o około 80% lżejsza od tradycyjnych modeli, a szacunkowe koszty produkcji spadły o prawie połowę przy zachowaniu podobnych parametrów wydajności. Testy wytrzymałościowe przyniosły obiecujące wyniki. Prototyp sprawdził się w różnych warunkach – od zmiennych temperatur po wodę o różnym stopniu zasolenia i zanieczyszczenia. Kluczowa okazała się chemiczna obojętność zastosowanych materiałów i struktura oparta na wodzie.
Największy zbudowany dotąd prototyp ma powierzchnię 0,3 metra kwadratowego. W praktyce urządzenie potrafiło jednocześnie zasilić 50 diod LED lub naładować kondensatory w ciągu kilku minut. To może nie brzmi imponująco, ale wystarczy do zasilania małych czujników czy podstawowej elektroniki. Gdzie taki generator mógłby znaleźć zastosowanie? Przede wszystkim w monitoringu środowiska naturalnego. Systemy śledzące jakość wody czy poziom zanieczyszczeń często wymagają autonomicznego zasilania. Tutaj pływający generator mógłby działać bez potrzeby wymiany baterii czy prowadzenia kabli.
Czytaj też: Pierwszy żel metaliczny na świecie. Kamień milowy w technologii akumulatorów
Koncepcja bezgruntowych systemów hydrovoltaicznych jest szczególnie atrakcyjna w gęsto zaludnionych regionach, gdzie każdy metr kwadratowy ziemi ma swoją cenę. Instalacja na istniejących zbiornikach wodnych minimalizuje ingerencję w środowisko. Badanie opublikowane w National Science Review wskazuje jednak na pewne wyzwania. Różnorodność kropel deszczu pod względem wielkości i prędkości może wpływać na stabilność generowanej energii. Konieczne są też dalsze prace nad trwałością dużych folii w naturalnych warunkach. Technologia z Państwa Środka raczej nie zastąpi istniejących rozwiązań, lecz może je uzupełniać. W deszczowe dni, gdy panele słoneczne tracą efektywność, takie generatory mogłyby przejąć część obciążenia. To wciąż jednak wizja przyszłości, która wymaga dopracowania i przetestowania w rzeczywistych warunkach.