Генератор энергии из влаги: стабильное электричество в любых условиях

В эпоху повсеместного распространения искусственного интеллекта и умных гаджетов потребность в надежных источниках энергии неуклонно растет. Возобновляемые источники, такие как солнечная и ветровая энергия, являются отличным решением, однако их эффективность напрямую зависит от внешних условий. Группа исследователей из Гонконгского университета под руководством профессора Дон-Мён Шина представила инновационный влагоактивируемый генератор (MEG), который предлагает новый, экологически чистый способ получения электричества, используя лишь влагу из воздуха.

Разработанная технология основана на генераторах, активируемых влагой (MEG), которые создают поток ионов — заряженных частиц — внутри специального геля, естественным образом вырабатывая энергию. Однако существующие аналоги сталкиваются с рядом ограничений: короткий срок службы (менее 16 часов), высокое внутреннее сопротивление и эффективная работа только при высокой влажности.

Профессор Шин и его команда успешно преодолели эти трудности. Они создали катионный гидрогель с градиентом концентрации соли, который обеспечивает меньшие потери энергии и более высокую выходную мощность даже при низкой относительной влажности.

Этот новаторский гидрогель синтезируется с использованием катионного полимера, пластификатора и соли. Двухэтапный процесс нагрева способствует сегрегации соли и ее перемещению во время гелеобразования, формируя градиент концентрации внутри гидрогеля. Такой градиент обеспечивает выдающиеся характеристики электрогенерации в широком диапазоне относительной влажности (42,1 мВт/м² при 80% RH и 13,8 мВт/м² даже при 30% RH), что охватывает 97% территории Земли, согласно мировой карте относительной влажности за 2023 год.

Кроме того, гидрогель содержит большое количество свободных ионов, создающих проводящие пути и снижающих внутреннее сопротивление до 2–4 кОм, что сопоставимо с показателями коммерческой электроники. Это означает, что MEG может напрямую питать маломощные электронные устройства без дополнительных компонентов, таких как транзисторы или резисторы.

Эффективность генератора, выраженная в напряжении холостого хода, остается неизменной в течение 50 дней без видимой деградации в обычных условиях окружающей среды (около 50% RH). Команда успешно продемонстрировала работу MEG, питая им электрические устройства, такие как умные окна, требующие высокого рабочего напряжения (~40 В), во влажной среде.

«Мы верим, что это новшество значительно повышает практическую реализуемость устойчивых автономных систем в реальных условиях», — отметил Юнджонг Ким, первый автор статьи. Профессор Шин добавил: «Автономное питание устраняет последний громоздкий элемент в компактных системах — внешний блок питания. Наш MEG предлагает практический путь к уменьшению размеров устройств при одновременном увеличении срока их службы, от внутренних датчиков до носимой электроники и встраиваемых в здания компонентов».