Wetenschappers zoeken naar manieren om de laagwaardige energie die wijd verspreid is in natuurlijke omgevingen te gebruiken om elektriciteit op te wekken. Een onderzoeksteam heeft een stroomgenerator gemaakt die de natuurlijke luchtvochtigheid opvangt en continu elektrische signalen produceert. Dit is de eerste vochtigheidsgenerator die is ontworpen met behulp van een materiaal van nanoformaat, polyoxometalaten genaamd. Het heeft het potentieel om een ​​nieuwe onderzoeksrichting te zijn voor polyoxometalaten in het duurzame gebruik van laagwaardige energie.

Het werk van het team is gepubliceerd in Nano Research .

Het team wilde het probleem van de discontinuïteit in de werking van energieconversie-apparaten oplossen. Ze probeerden het tekort aan materialen voor energieopwekking met luchtvochtigheid en de beperkte ontwerpbare prestaties van materialen aan te pakken. "We wilden het conversieproces van luchtvochtigheidsenergie in elektrische energie begrijpen, en de rol van polyoxometalaten bij de opwekking van energie uit de luchtvochtigheid", zegt Weilin Chen, hoogleraar scheikunde aan de Northeast Normal University.

Polyoxometalaten, bekend als POM's, hebben speciale morfologie en functionele eigenschappen, waardoor ze zeer nuttig zijn bij regelbare synthese, assemblage en prestatieonderzoek. Ze vormen een veelzijdige klasse van anorganische moleculaire materialen. POM-nanomaterialen kunnen zichzelf assembleren en microporeuze structuren vormen die in staat zijn luchtvochtigheid op te vangen.

Ze zijn ook milieuvriendelijk en bieden grote stabiliteit in licht-, hitte- en chemische omgevingen. Wetenschappers verwachten dat POM-nanomaterialen de materialen zijn met het potentieel om effectief gebruik te maken van de luchtvochtigheid.

Het team construeerde POM's in organische ammonium-polyoxoanionclusters. De clusters werden samengevoegd tot dunne-film stroomgeneratoren met kleine poriën van nanogrootte, microporiën genaamd, die in staat zijn te werken in luchtvochtigheid. Hun kleine POM-generator produceerde een spanning van 0,68 V, was stabiel en werkte continu onder vrijwel volledig natuurlijke omgevingen, met een luchtvochtigheid variërend van 10 procent tot 90 procent.

De POM-luchtvochtigheidsgenerator werkt omdat de POM-nanoclusters spontaan luchtvochtigheid absorberen met de microporiën in POM-nanodradenfilms. Ze vormen een distributiegradiënt van water die de structurele basis vormt voor de energieopwekking. De POM-generator heeft bewezen een hoge stabiliteit en continue energieopwekkingsprestaties te bieden.

Het team stelde vast dat de POM-stroomgenerator effectief de natuurlijke luchtvochtigheid kan opvangen en continue elektrische signalen kan produceren door de ongelijkmatige verdeling en gerichte beweging van ionen. Dit werk levert nieuwe ideeën op voor het continue gebruik van laagwaardige energie en een nieuwe onderzoekshoek voor polyoxometalaatchemie.

Er bestaat een dringende behoefte aan de ontwikkeling van een voortdurende energievoorziening van lage waarde in een natuurlijke omgeving. In eerder onderzoek hebben wetenschappers apparaten gemaakt die energie van lage waarde verzamelen en gebruiken. Maar deze apparaten zijn beperkt omdat energie van lage waarde intermitterend en onstabiel is. De afgelopen jaren hebben wetenschappers vooruitgang geboekt bij het gebruik van energie uit de luchtvochtigheid. Maar de POM-generator van het team is de eerste vochtigheidsgenerator die continu stroom produceert.

Deze POM-generator heeft veel potentiële toepassingen, zoals de detectie van menselijke ademhalingsprocessen; de detectie, registratie en alarmering van omgevingsvochtigheid; de integratie met elektrische apparaten om een ​​continue stroomvoorziening van apparatuur te bereiken; en voldoen aan de elektriciteitsbehoeften van meerdere scenario's.

"De belangrijkste boodschap is dat continue energieopwekking met behulp van luchtvochtigheid is bereikt door het ontwerp en de aanpassing van POM-nanomaterialen, en dat het mechanisme van luchtvochtigheidsopwekking diepgaand is begrepen door gebruik te maken van de kenmerken van POM-nanomaterialen", aldus Chen. /P>

Vooruitkijkend hoopt het team de efficiëntie van de energieopwekking door luchtvochtigheid te verbeteren door materialen te screenen en te optimaliseren. Ze willen een dieper inzicht krijgen in het proces van energieopwekking door luchtvochtigheid.

"Het uiteindelijke doel is het bereiken van een efficiënt gebruik van vochtgeneratoren om de duurzame ontwikkeling van energie en het milieu te bevorderen door het mechanisme te onderzoeken dat de efficiëntie van de vochtgenerator optimaliseert", aldus Chen.

Meer informatie: Tuo Ji et al, Polyoxometalaten voor continue energieopwekking door luchtvochtigheid, Nano Research (2023). DOI:10.1007/s12274-023-5959-5

Journaalinformatie: Nano-onderzoek

Aangeboden door Tsinghua University Press