Gli scienziati sono alla ricerca di modi per utilizzare l’energia di basso valore ampiamente distribuita negli ambienti naturali per generare elettricità. Un gruppo di ricerca ha creato un generatore di corrente che raccoglie l'umidità atmosferica naturale e produce segnali elettrici continui. Questo è il primo generatore di umidità progettato utilizzando un materiale di dimensioni nanometriche chiamato poliossometallati. Ha il potenziale per rappresentare una nuova direzione di ricerca per i poliossometallati nell'utilizzo sostenibile di energia a basso valore.
Il lavoro del team è pubblicato su Nano Research .
Il team si è proposto di risolvere il problema della discontinuità nel funzionamento dei dispositivi di conversione dell'energia. Hanno cercato di affrontare la carenza di materiali per la generazione di energia relativa all'umidità atmosferica e le limitate prestazioni progettabili dei materiali. "Volevamo comprendere il processo di conversione dell'energia dell'umidità atmosferica in energia elettrica e il ruolo dei poliossometallati nella generazione di energia dell'umidità atmosferica", ha affermato Weilin Chen, professore presso il Dipartimento di Chimica della Northeast Normal University.
I poliossometallati, noti come POM, hanno una morfologia e proprietà funzionali speciali, che li rendono molto utili nella sintesi controllabile, nell'assemblaggio e nella ricerca sulle prestazioni. Sono una classe versatile di materiali molecolari inorganici. I nanomateriali POM possono autoassemblarsi per formare strutture microporose in grado di raccogliere l'umidità atmosferica.
Sono anche rispettosi dell'ambiente, con grande stabilità in ambienti luminosi, termici e chimici. Gli scienziati si aspettano che i nanomateriali POM siano i materiali con il potenziale per utilizzare in modo efficace l'umidità atmosferica.
Il team ha costruito POM in cluster organici di ammonio-poliossoanione. I cluster sono stati assemblati in generatori di energia a film sottile con minuscoli pori di dimensioni nanometriche chiamati micropori, in grado di funzionare nell’umidità atmosferica. Il loro minuscolo generatore POM produceva una tensione di 0,68 V, era stabile e funzionava continuamente in ambienti quasi naturali, con un'umidità atmosferica compresa tra il 10% e il 90%.
Il generatore di umidità atmosferica POM funziona poiché i nanocluster POM assorbono spontaneamente l'umidità atmosferica con i micropori nelle pellicole di nanofili POM. Formano un gradiente di distribuzione dell'acqua che costituisce la base strutturale della produzione di energia. Il generatore POM ha dimostrato di avere un'elevata stabilità e prestazioni di generazione continua di energia.
Il team ha stabilito che il generatore di energia POM può raccogliere efficacemente l'umidità atmosferica naturale e produrre segnali elettrici continui grazie alla distribuzione non uniforme e al movimento direzionale degli ioni. Questo lavoro fornisce nuove idee per l'uso continuo di energia a basso valore e un nuovo angolo di ricerca per la chimica dei poliossometallati.
C’è stata l’urgente necessità di sviluppare un’energia continua a basso valore in un ambiente naturale. Nelle ricerche passate, gli scienziati hanno creato dispositivi che raccolgono e utilizzano energia a basso valore. Ma questi dispositivi sono stati limitati perché l’energia di basso valore è intermittente e instabile. Negli ultimi anni, gli scienziati hanno fatto progressi nell’uso dell’energia dell’umidità atmosferica. Ma il generatore POM del team è il primo generatore di umidità a produrre energia continua.
Questo generatore POM ha molte potenziali applicazioni, come il rilevamento dei processi respiratori umani; la rilevazione, registrazione e allarme dell'umidità ambientale; l'integrazione con apparecchi elettrici per ottenere l'alimentazione continua delle apparecchiature; e soddisfare le esigenze di elettricità di molteplici scenari.
"Il messaggio più importante è che la generazione continua di energia utilizzando l'umidità atmosferica è stata ottenuta attraverso la progettazione e la modifica dei nanomateriali POM, e il meccanismo di generazione di energia tramite l'umidità atmosferica è stato profondamente compreso utilizzando le caratteristiche dei nanomateriali POM", ha affermato Chen. /P>
Guardando al futuro, il team spera di migliorare l’efficienza della generazione di energia per l’umidità atmosferica mediante lo screening e l’ottimizzazione dei materiali. Vogliono raggiungere una comprensione più profonda del processo di generazione dell'energia dell'umidità atmosferica.
"L'obiettivo finale è raggiungere l'uso efficiente dei generatori di umidità per promuovere lo sviluppo sostenibile dell'energia e dell'ambiente esplorando il meccanismo che ottimizza l'efficienza del generatore di umidità", ha affermato Chen.
Ulteriori informazioni: Tuo Ji et al, Poliossometallati per la generazione continua di energia mediante umidità atmosferica, Nano Research (2023). DOI:10.1007/s12274-023-5959-5
Informazioni sul giornale: Ricerca sulla nanotecnologia
Fornito dalla Tsinghua University Press
