Лаборатория наноразмерных технологий для энергетики при Федеральной политехнической школе Лозанны представила устройство, способное непрерывно вырабатывать электричество за счёт испарения воды, нагрева и солнечного света.
Системе подходит обычная водопроводная или морская вода — чем больше в ней растворённых ионов, тем лучше. А вот дистиллированная вода не работает.
В основе разработки лежит наноразмерный гидровольтаический генератор. Технология извлекает энергию из движения молекул воды и ионов по специально подготовленным поверхностям во время испарения. Это продолжение исследования 2024 года, где была создана экспериментальная платформа для изучения эффекта. Первая версия представляла собой сеть кремниевых наностолбиков с тончайшими каналами, через которые испарялась жидкость.
В новой версии концепция превратилась в трёхслойный электрогенератор, использующий испарение, тепло и свет. Конструкция включает три зоны: верхнюю испарительную поверхность, средний слой для переноса ионов и нижний электрод из наноструктурированного кремния.
Как это работает
На верхней границе вода постепенно испаряется, создавая непрерывный поток жидкости к поверхности. Растворённые ионы натрия и хлора перераспределяются, формируя разность концентраций и химических потенциалов. Это движение ионов участвует в разделении зарядов и появлении напряжения.
В нижней части расположен кремниевый электрод из наностолбиков, покрытых оксидом. При контакте жидкости с заряженными поверхностями ионы выстраиваются у границы, образуя электрический двойной слой — зону разделения зарядов между твёрдой поверхностью и жидкостью.
Без солнечного света гидровольтаический эффект сохраняется, но мощность значительно ниже. С добавлением тепла и света производительность вырастает в пять раз. Кремний работает как полупроводник: фотоны выбивают электроны, а электрическое поле протаскивает их через внешнюю цепь. Тепло ускоряет испарение и усиливает поверхностные электрические эффекты.
Результаты и перспективы
В тестах устройство выдаёт напряжение около 1 вольта и плотность мощности 0,25 ватта на квадратный метр. Это намного меньше, чем у солнечных панелей (сотни ватт с того же метра), но технология не позиционируется как их альтернатива.
Реальное применение — автономные сенсоры без батарей, системы удалённого мониторинга, умное сельское хозяйство, носимая электроника и интернет вещей в местах, где есть вода, тепло и солнце. Отдельный плюс — «разделённая» архитектура: испарение, перенос ионов и сбор электронов разнесены по разным слоям, что позволяет оптимизировать каждый этап независимо.
Пока вся система остаётся наноразмерной, и речь идёт о ранней стадии — микроскопическом сборщике энергии, а не о готовом источнике питания для бытовых устройств. Но для маломощной автономной электроники полученные результаты уже очень значимы.
