Depositphotos
Доти, доки ми збираємо сонячні промені, хмари вважалися ворогом. Але команда вчених із Севільї (Іспанія) вирішила, що замість боротьби з дощем сонячна технологія має його використовувати. І винайшли плівку, яка генерує енергію з дощових капель.
Коли небо сіріє і починають падати перші краплі, стабільний потік електронів у традиційних сонячних панелях зменшується до цівки. Дослідники з Лабораторії нанотехнологій на поверхнях і плазмових процесів Інституту матеріалознавства Севільї (ICMS) розробили гібридний пристрій, який насправді “живиться” зливами. Наносячи спеціальну, “тефлоноподібну” плівку товщиною лише 100 нанометрів на високоефективний перовськітовий сонячний елемент, вони створили панель, яка збирає енергію світла, коли сонячно, і кінетичну енергію, коли йде дощ.
Нова панель використовує трибоелектричний ефект. Коли крапля вдаряється і ковзає по спеціально обробленій поверхні, виникає тертя і різниця заряду. Наприклад, крапля може залишити позитивний іон, тоді як поверхня залишається негативно зарядженою. Заряд потім збирається і перетворюється на електрику. Щоб зрозуміти, чому це “прорив”, потрібно подивитися на матеріал усередині. Галогеніди перовськітів (клас кристалічних матеріалів) — улюбленці світу відновлюваної енергетики. Їх дешевше виробляти, ніж кремній, а ефективність зросла з менш ніж 4% до понад 25% лише за кілька років. Однак вони надзвичайно крихкі.
“Вразливість галогенідів перовськітів до вологи та екологічних стресових факторів залишається критичним бар’єром для їх широкого застосування”, — зазначають дослідники у своїй роботі, опублікованій у журналі Nano Energy.
Вплив вологи зазвичай перетворює ці високотехнологічні кристали на жовтувату, марну кашу з йодиду свинцю всього за кілька хвилин. Очевидний наслідок — такі сонячні панелі дуже вразливі до дощу і можуть пошкодитися, якщо їх покриття не захищає від води. Тому робота, що перевертає ситуацію, виглядає особливо вражаючою. Команда ICMS використала техніку плазмового хімічного осадження з парової фази (PECVD), щоб виростити захисний фторований полімерний шар безпосередньо на елементі. Процес відбувається при кімнатній температурі і не використовує розчинників. Це означає, що він не пошкоджує чутливі шари сонячного елемента під час нанесення.
Цей шар товщиною 100 нанометрів виконує потрійну функцію. Він діє як гідрофобний бар’єр, підвищуючи кут змочування до 110°, що фактично подвоює стійкість елемента до вологи. Він зменшує відбиття і збільшує прозорість для світла до понад 90%, навіть покращуючи поглинання сонячного світла порівняно з голою поверхнею. І він працює як трибоелектричний наногенератор (D-TENG). Коли крапля дощу вдаряє поверхню і скочується, тертя створює електричний потенціал.
“Наша робота пропонує передове рішення, яке поєднує фотогальванічну технологію перовськітових сонячних елементів із трибоелектричними наногенераторами у тонкоплівковій конфігурації, демонструючи можливість реалізації обох систем збору енергії”, — пояснює Кармен Лопес, провідна дослідниця ICMS.
Команда продемонструвала, що оптимізоване покриття може генерувати піки напруги до 110 вольт, коли його вдаряє одна крапля дощу. Хоча загальна щільність потужності відносно невелика — близько 4 міліватів на квадратний сантиметр — її достатньо, щоб підтримувати роботу малопотужної електроніки без батареї. У лабораторії дослідники створили самозарядний прототип, який використовував спеціальний “підсилювальний перетворювач” для підвищення напруги. Гібрид сонячної та дощової енергії міг безперервно живити масив червоних світлодіодів за рахунок сонця, а масив зелених світлодіодів спалахував уривчасто з кожним ударом краплі.
Енкапсульовані елементи зберігали понад 50% початкової ефективності навіть після 10 днів впливу високої температури та вологості. У “тортурному тесті” з зануренням у воду гібридний пристрій зберіг працездатність понад 15 хвилин, тоді як неекрановані елементи виходили з ладу майже миттєво. Ця технологія не призначена для заміни великих кремнієвих масивів на дахах. Натомість вона орієнтована на сферу “інтернету речей” (IoT). Оскільки ми розміщуємо мільйони датчиків на мостах, фермах і у розумних містах для моніторингу всього — від забруднення до структурної цілісності, — виникає “енергетична криза батарей”: їх неможливо постійно обслуговувати.
“Її впровадження у так званих розумних містах є реальним, наприклад у знаках, автономному допоміжному освітленні чи моніторингу. Вона також може застосовуватися у розподілених енергетичних структурах у віддалених, важкодоступних або ізольованих районах, таких як морські станції”, — каже дослідник Фернандо Луньєс.
Збираючи “кінетичну енергію від ударів крапель дощу”, ці панелі можуть забезпечувати “стійкий доступ до крихітних потоків енергії” там, де дроти або традиційні батареї непридатні, додали дослідники. Це веде нас від світу, де пристрої просто “сплять”, коли погода погана, до майбутнього з кращою енергетичною автономією.
Джерело: ZMEscience
Контент сайту призначений для осіб віком від 21 року. Переглядаючи матеріали, ви підтверджуєте свою відповідність віковим обмеженням.
Cуб'єкт у сфері онлайн-медіа; ідентифікатор медіа - R40-06029.