Team skaber en strømgenerator, der kører på naturlig atmosfærisk luftfugtighed

Forskere leder efter måder at bruge den lavværdienergi, der er udbredt i naturlige miljøer, til at generere elektricitet. Et forskerhold har skabt en strømgenerator, der opsamler den naturlige atmosfæriske luftfugtighed og producerer kontinuerlige elektriske signaler. Dette er den første fugtgenerator, der er designet ved hjælp af et materiale i nanostørrelse kaldet polyoxometalater. Det rummer potentialet til at være en ny forskningsretning for polyoxometalater inden for bæredygtig udnyttelse af energi med lav værdi.

Holdets arbejde er offentliggjort i Nano Research .

Holdet satte sig for at løse problemet med diskontinuitet i driften af ​​energikonverteringsenheder. De søgte at imødegå manglen på atmosfærisk luftfugtighed kraftproduktionsmaterialer og materialers begrænsede designbare ydeevne. "Vi ønskede at forstå omdannelsesprocessen af ​​atmosfærisk luftfugtighedsenergi til elektrisk energi og rollen af ​​polyoxometalater i den atmosfæriske luftfugtighedsenergiproduktion," sagde Weilin Chen, professor ved Institut for Kemi ved Northeast Normal University.

Polyoxometalater, kendt som POM'er, har speciel morfologi og funktionelle egenskaber, som gør dem meget nyttige i kontrollerbar syntese, samling og ydeevneforskning. De er en alsidig klasse af uorganiske molekylære materialer. POM-nanomaterialer kan samles selv for at danne mikroporøse strukturer, der er i stand til at opsamle atmosfærisk luftfugtighed.

De er også miljøvenlige med stor stabilitet i lys, varme og kemiske miljøer. Forskere forventer, at POM-nanomaterialer er materialerne med potentiale til effektivt at udnytte atmosfærisk luftfugtighed.

Holdet konstruerede POM'er til organiske ammonium-polyoxoanion-klynger. Klyngerne blev samlet til tyndfilms-strømgeneratorer med små porer i nanostørrelse kaldet mikroporer, der er i stand til at arbejde i atmosfærisk luftfugtighed. Deres lille POM-generator producerede en spænding på 0,68 V, var stabil og arbejdede kontinuerligt under næsten helt naturlige miljøer, med luftfugtighed på mellem 10 procent og 90 procent.

POM-luftfugtighedsgeneratoren fungerer, da POM-nanoclusterne spontant absorberer atmosfærisk luftfugtighed med mikroporerne i POM-nanowire-film. De danner en distributionsgradient af vand, som er det strukturelle grundlag for elproduktion. POM-generatoren har vist sig at have høj stabilitet og kontinuerlig strømgenereringsydelse.

Holdet fastslog, at POM-strømgeneratoren effektivt kan opsamle den naturlige atmosfæriske luftfugtighed og producere kontinuerlige elektriske signaler ved ujævn fordeling og retningsbestemt bevægelse af ioner. Dette arbejde giver nye ideer til kontinuerlig brug af lavværdienergi og en ny forskningsvinkel for polyoxometalatkemi.

Der har været et presserende behov for at udvikle en kontinuerlig lavværdienergi i et naturligt miljø. I tidligere forskning har forskere skabt enheder, der indsamler og bruger lavværdienergi. Men disse enheder har været begrænset, fordi lavværdienergi er intermitterende og ustabil. I de senere år har forskere gjort fremskridt i deres brug af atmosfærisk luftfugtighedsenergi. Men holdets POM-generator er den første fugtgenerator, der producerer kontinuerlig strøm.

Denne POM-generator har mange potentielle anvendelser, såsom detektion af menneskelige åndedrætsprocesser; detektering, registrering og alarm af miljøfugtighed; integration med elektriske apparater for at opnå kontinuerlig strømforsyning af udstyr; og opfylder elektricitetsbehovet i flere scenarier.

"Det vigtigste budskab er, at kontinuerlig strømproduktion ved hjælp af atmosfærisk luftfugtighed er blevet opnået gennem design og modifikation af POMs nanomaterialer, og mekanismen for atmosfærisk luftfugtighedskraftproduktion er blevet dybt forstået ved at bruge egenskaberne ved POMs nanomaterialer," sagde Chen.

Når vi ser fremad, håber holdet at forbedre effektiviteten af ​​energiproduktion ved atmosfærisk luftfugtighed ved at screene og optimere materialer. De ønsker at opnå en dybere forståelse af den atmosfæriske fugtproduktionsproces.

"Det ultimative mål er at opnå den effektive brug af fugtgeneratorer for at fremme bæredygtig udvikling af energi og miljø ved at udforske mekanismen, der optimerer fugtgeneratorens effektivitet," sagde Chen.

Flere oplysninger: Tuo Ji et al., Polyoxometalates til kontinuerlig energiproduktion ved atmosfærisk fugtighed, Nano Research (2023). DOI:10.1007/s12274-023-5959-5

Journaloplysninger: Nanoforskning

Leveret af Tsinghua University Press