Генератор, изготовленный из переработанных окурков, дикого сахарного тростника и использованных батареек, смог вырабатывать до 1,16 вольта электрического напряжения, используя только влагу из воздуха. По мнению разработчиков, такая технология может стать недорогим источником питания для датчиков, носимой электроники и других маломощных устройств.
Разработку представили ученые из Бангладешского университета моды и технологий (BGMEA University of Fashion & Technology), Манчестерского университета в Великобритании и Центрального университета Квинсленда в Австралии.
Идея получать электричество из влажности воздуха не нова, однако большинство подобных устройств либо изготавливаются из дорогостоящих материалов, либо создают слишком низкое напряжение для практического применения. Исследователи решили эту проблему, разработав многослойный композит, который эффективно поглощает влагу, превращает ее в ионный раствор и направляет движение заряженных частиц.
Основой устройства стали два слоя волокон дикого сахарного тростника, между которыми расположили решетку из очищенных волокон сигаретных фильтров. Внутрь материала добавили обычную поваренную соль. С одной стороны, нанесли пасту из углерода и диоксида марганца, извлеченных из использованных батареек, а с другой разместили алюминиевую фольгу, также полученную из электронных отходов.
Когда материал поглощает влагу из воздуха, соль растворяется в тончайшей водной пленке и распадается на положительно и отрицательно заряженные ионы. Из-за разницы во влажности внутри композита они начинают перемещаться, создавая электрическое поле и разность потенциалов между электродами. При этом углеродный слой накапливает заряд, а диоксид марганца помогает дольше сохранять напряжение. В отличие от батареи, такой генератор не хранит энергию, а вырабатывает ее только во время поглощения влаги из окружающего воздуха.
Один такой генератор размером примерно с почтовую марку обеспечивал напряжение до 1,16 В при относительной влажности около 65% и удельную мощность до 16,44 мкВт на кубический сантиметр. При соединении нескольких элементов их характеристики возрастали. Четыре генератора, объединенные последовательно, выдавали 1,79 В и ток до 323 мкА, чего оказалось достаточно для непрерывной работы небольшого светодиода более трех часов без использования конденсаторов или других накопителей энергии.
Исследователи также показали, что устройство работает циклически. По мере высыхания материала напряжение постепенно снижается, однако после повторного поглощения влаги генерация электричества полностью восстанавливается. Испытания, продолжавшиеся девять дней, подтвердили, что устройство стабильно реагирует на естественные изменения влажности и температуры окружающей среды.
По словам ученых, разработка пока не способна заменить обычные аккумуляторы, однако может стать недорогим источником питания для автономных датчиков, «умной» одежды и другой электроники с низким энергопотреблением. Дополнительным преимуществом технологии является и то, что практически все ее компоненты изготовлены из отходов (сорной растительности, окурков и использованных батареек), которые обычно оказываются на свалках.
