Як вода і кремній генерують електрику?

Вчені з Гамбурзького технологічного університету (TUHH) виявили, що механічну енергію можна перетворити на електричну за допомогою води і кремнію — найдоступніших речовин. Воду укладають у порах кремнію нанометрового розміру, які діють як активне середовище для виробництва енергії. Метод можна застосовувати в середовищах із високим механічним тиском, наприклад, в амортизаторах транспортних засобів.

Що таке трибоелектричний наногенератор?

Учені розробили трибоелектричний наногенератор інтрузії-екструзії (IE-TENG), який використовує тиск, щоб заштовхувати воду в нанорозмірні пори і виштовхувати її з них. Під час цього процесу електричні заряди розділяються на межі розділу стінок пір кремнію та рідини, генеруючи електрику. Коли матеріали труться один об одного, електрони передаються між поверхнями, створюючи статичний заряд. Електрика виникає в порах кремнію виключно за рахунок тертя, викликаного тиском і водою.

Які переваги нової технології?

Поєднання нанопористого кремнію з водою дає змогу створити ефективне, відтворюване джерело енергії — без екзотичних матеріалів, а просто з використанням найпоширенішого напівпровідника на Землі, кремнію, і найпоширенішої рідини — води. Прототип досяг ККД перетворення енергії в 9% — це найвищий показник серед коли-небудь зареєстрованих твердорідинних наногенераторів. Секрет успіху пристрою — в точно контрольованих кремнієвих структурах, які одночасно є електропровідними та нанопористими, але при цьому гідрофобними.

Ця технологія відкриває нові можливості для автономних сенсорних систем, які не потребують обслуговування, наприклад, для виявлення води, моніторингу спорту і здоров’я в розумному одязі або тактильної робототехніки, де дотик або рух безпосередньо генерують електричний сигнал.