Generatorul nanotehnologic pe bază de siliciu și apă care ar putea înlocui bateriile în dispozitivele miniaturale

Un colectiv de cercetători europeni a prezentat un nou tip de generator triboelectric care produce energie folosind doar apă și siliciu, deschizând perspectiva unor senzori și dispozitive cu consum redus ce nu mai au nevoie de baterii.

Inovația folosește mișcarea apei printr-o structură de siliciu cu pori la scară nanometrică, transformând presiunea mecanică în electricitate.

Echipa de la DESY și Universitatea de Tehnologie din Hamburg a arătat că două elemente banale, combinate într-o arhitectură specială, pot deveni o sursă stabilă de energie pentru electronica modernă.

Generatorul se bazează pe siliciu nanostructurat, ale cărui pori măsurați în nanometri sunt parcurși de apă sub presiune, generând sarcină electrică la contactul dintre lichid și suprafața solidă.

Cum funcționează noul generator pe bază de apă și siliciu

Dispozitivul folosește un tip de triboelectrificare întâlnită în mod obișnuit atunci când frecarea dintre două materiale produce sarcină electrică, fenomenul familiar care apare când o persoană se electrizează după ce merge pe covor și descarcă energia prin atingerea unui obiect. Diferența majoră este că, în acest caz, interacțiunea are loc între apă și pereții microscopici ai porilor de siliciu.

Structura centrală a generatorului combină trei caracteristici într-o singură piesă: conductivitate electrică, porozitate la scară nanometrică și un strat hidrofob.

Combinația permite controlul precis al felului în care apa pătrunde, circulă și este evacuată din rețeaua de pori, stabilizând procesul triboelectric și făcându-l reproductibil și ușor de scalat.

În momentul în care apa este comprimată și împinsă în interiorul acestor pori minusculi, interacțiunea de la interfața lichid-solid produce sarcini care sunt colectate și transformate în energie electrică utilizabilă.

În mod obișnuit, un astfel de efect ar fi instabil, însă arhitectura materialului permite captarea eficientă a sarcinii înainte ca aceasta să se disipe.

Eficiență de vârf și aplicații cu adevărat reale în senzori și robotică

Cercetătorii susțin că au atins o eficiență de conversie de aproximativ 9%, cea mai ridicată raportată până acum pentru generatoarele triboelectrice din această categorie.

Performanța apropie tehnologia de necesitățile energetice ale senzorilor moderni, care funcționează deseori cu cantități foarte mici de energie.

În viziunea echipei, sistemele viitoare de monitorizare și dispozitivele purtabile ar putea funcționa autonom, alimentate direct de mișcările mediului.

Apa detectată în structuri tehnice, mișcarea naturală a îmbrăcămintei inteligente sau presiunea aplicată în aplicații robotice tactile pot genera energia necesară echipamentelor.

Un exemplu ilustrativ este cel al suspensiilor auto. Vibrațiile constante din zona roților ar putea alimenta senzori instalați local, dacă un astfel de modul pe bază de apă și siliciu ar fi integrat în sistem.

Presiunea și relaxarea mecanică ar pompa apa în și din porii nanometrici, transformând energia irosită în electricitate pentru monitorizarea uzurii, performanței sau siguranței.

Un alt avantaj major al proiectului este folosirea unor materiale accesibile și bine înțelese. Siliciul este fundamentul industriei electronice, iar apa este o resursă universală.

Această simplitate permite integrarea tehnologiei în procese de fabricație existente, reducând costurile și accelerând adoptarea.

Inițiativa se înscrie într-o direcție de cercetare tot mai vizibilă: recuperarea energiei din fenomene cotidiene. De la porțile de metrou din Franța care recuperează energia pașilor pasagerilor, până la soluții care exploatează interacțiunea dintre vânt și picături de apă, noile tehnologii încearcă să transforme mișcările obișnuite în surse utile de energie.

Noul generator pe bază de siliciu și apă adaugă o piesă importantă în acest puzzle, oferind o opțiune eficientă și scalabilă pentru dispozitivele electronice ale viitorului.