ابتكر العلماء مولدًا يستخدم الرطوبة الجوية وأملاح البولي أوكسيميتال لإنتاج كهرباء مستمرة، مما يوفر طريقة مستدامة لتسخير الطاقة منخفضة القيمة. إنهم يستكشفون طرقًا لتوليد الكهرباء من الطاقة ذات القيمة المنخفضة والموجودة بكثرة في البيئة الطبيعية. لقد ظهر تطور مذهل: مولد يسخر الرطوبة الجوية الطبيعية وينتج إشارة كهربائية مستمرة.
ومن الجدير بالذكر أن هذا هو أول مولد للرطوبة يستخدم مواد ملح فلز بولي أكسيد النانو. تشير أهمية هذه النتيجة إلى طريق جديد واعد للبحث في الاستخدام المستدام للطاقة منخفضة القيمة.
ونشرت النتائج مؤخرا في مجلة أبحاث النانو.
لقد سلك الباحثون هذا الطريق لحل مشكلة الأداء غير المتسق في أدوات تحويل الطاقة. إحدى المشاكل الملحة التي يحاولون حلها هي ندرة المواد اللازمة لتوليد الكهرباء من الرطوبة الجوية، ومحدودية هذه المواد. وأوضح تشن ويلين، الأستاذ في قسم الكيمياء بجامعة نورث إيست نورمال: "نأمل أن نفهم عملية تحويل طاقة الرطوبة الجوية إلى طاقة كهربائية، ودور البولي أوكسيميتالات في توليد طاقة الرطوبة الجوية".
تعرف على polyoxymetalates وإمكاناتها
تتمتع البولي أوكسي ميثاكريلات (المعروفة أيضًا باسم POMs) بخصائص مورفولوجية ووظيفية فريدة تجعلها مفيدة بشكل خاص في دراسات التوليف والتجميع والأداء الخاضعة للرقابة. إنها فئة متعددة الاستخدامات من المواد الجزيئية غير العضوية. يمكن لمواد POM النانوية أن تتجمع ذاتيًا لتشكل هياكل صغيرة يسهل اختراقها يمكنها جمع الرطوبة الجوية. كما أنها صديقة للبيئة ومستقرة للغاية في البيئات الخفيفة والحرارة والكيميائية. يتوقع الباحثون أن تصبح مواد POM النانوية مواد تستخدم الرطوبة الجوية بشكل فعال.
قام العلماء ببناء POM في مجموعات عضوية من الأمونيوم والبولي أوكسيانيون. يتم تجميع المجموعات في مولدات ذات أغشية رقيقة ذات ثقوب نانوية تسمى المسام الصغيرة التي يمكن أن تعمل في الرطوبة الجوية. يمكن لمولد POM الصغير الخاص بهم إنتاج جهد يبلغ 0.68 فولت وهو مستقر للغاية ويمكنه العمل بشكل مستمر في جميع البيئات الطبيعية تقريبًا مع رطوبة جوية تتراوح من 10% إلى 90%.
آلية العمل والتطبيقات المحتملة
مبدأ العمل لمولد الرطوبة الجوية POM هو أن مجموعات POM النانوية تمتص الرطوبة الجوية تلقائيًا من خلال المسام الصغيرة في فيلم POM nanowire. وهي تشكل تدرج توزيع المياه، وهو الأساس الهيكلي لتوليد الطاقة. لقد أثبتت الحقائق أن مولدات POM تتمتع بثبات عالي وأداء مستمر في توليد الطاقة.
وقرر فريق البحث أن جهاز توليد الطاقة POM يمكنه جمع الرطوبة الجوية في الطبيعة بشكل فعال وتوليد إشارات كهربائية مستمرة من خلال التوزيع غير المتساوي والحركة الاتجاهية للأيونات. يقدم هذا العمل أفكارًا جديدة للاستخدام المستدام للطاقة منخفضة القيمة، كما يوفر منظورًا بحثيًا جديدًا لكيمياء فلز متعدد أكسيد.
هناك حاجة ملحة لتطوير مصادر الطاقة المستمرة ذات القيمة المنخفضة في البيئات الطبيعية. في الأبحاث السابقة، ابتكر العلماء أجهزة تحصد وتستخدم الطاقة ذات القيمة المنخفضة. ومع ذلك، فقد كانت هذه الأجهزة محدودة بسبب الطبيعة المتقطعة وغير المستقرة لمصادر الطاقة منخفضة القيمة. في السنوات الأخيرة، أحرز العلماء تقدمًا في تسخير طاقة الرطوبة الجوية. ومع ذلك، فإن مولد POM الخاص بالفريق هو أول مولد للرطوبة قادر على إنتاج الكهرباء بشكل مستمر.
يتمتع مولد POM الثوري هذا بالعديد من التطبيقات المحتملة، مثل اكتشاف عملية التنفس البشري؛ كشف وتسجيل وتنبيه الرطوبة البيئية؛ الجمع مع الأجهزة الكهربائية لتحقيق إمدادات الطاقة المستمرة للمعدات؛ تلبية احتياجات الطاقة لمختلف السيناريوهات، وما إلى ذلك.
"إن الاكتشاف الأكثر أهمية هو أنه من خلال تصميم وتعديل المواد النانوية POMs، تم تحقيق توليد مستمر للطاقة باستخدام الرطوبة الجوية، وتم استخدام خصائص المواد النانوية POMs لفهم آلية توليد الطاقة من الرطوبة الجوية بعمق." وقال تشن شياو دونغ.
الطريق إلى الأمام
للمضي قدمًا، يأمل الباحثون في تحسين كفاءة توليد الكهرباء من الرطوبة الجوية عن طريق فحص المواد وتحسينها. ويأملون أيضًا في الحصول على فهم أعمق لعملية توليد الكهرباء من الرطوبة الجوية.
وقال تشن "إن الهدف النهائي هو تحقيق الاستخدام الفعال لمولدات الرطوبة وتعزيز التنمية المستدامة للطاقة والبيئة من خلال استكشاف آليات لتحسين كفاءتها".