Созданы умные обои, которые превращают влагу из воздуха в электричество

Исследователи Университета Бингемтона (США) разработали обои, способные получать небольшое количество электричества из влаги в воздухе. О разработке сообщила сама Binghamton University, а результаты работы опубликованы в журнале Advanced Energy Materials.

Пока это лабораторный прототип, рассчитанный на устройства с очень низким энергопотреблением. Но его создатели предлагают использовать такую технологию не только для получения электричества, но и для контроля влажности в помещении.

В основе разработки лежат миниатюрные генераторы, которые называют moist-electric generators, или MEG. Они поглощают молекулы воды из окружающего воздуха. Внутри материала начинается движение и разделение ионов, из-за чего возникает разница зарядов между его сторонами. Она и создает электрическое напряжение.

В отличие от солнечных панелей, системе не нужен свет. Более того, исследователи считают, что для нее удобнее именно помещение. В домах относительная влажность обычно держится в пределах 30–60%, а приготовление еды, душ и даже дыхание людей добавляют в воздух новые порции влаги.

«Все предыдущие устройства на основе генераторов влажности предназначены для работы с уличной влажностью. Там много влаги, но окружающая среда нестабильна из-за солнечного света и погодных условий. Преимущество помещений в том, что влажность там гораздо стабильнее — от 30 до 60%, а жизнедеятельность людей добавляет еще больше влаги», — объясняет профессор Сокхен «Шон» Чхве.

Чтобы превратить отдельные генераторы в подобие обоев, ученые использовали подход, известный как papertronics. Это технология, позволяющая наносить электронные элементы непосредственно на бумагу.

Конструкция состоит из нескольких зон. Глицерин по краям впитывает влагу из воздуха, а расположенный в центре слой поливинилпирролидона с восковым рисунком управляет ее перемещением и испарением. Благодаря этому в листе поддерживается направленный поток влаги, необходимый для непрерывной генерации электричества.

«Было непросто объединить три разные зоны на одном листе бумаги, но я хочу, чтобы вся конструкция была пригодна для печати. Тогда ее можно будет производить массово и увеличивать масштаб», — говорит Чхве.

Провода при этом спрятаны с обратной стороны, поэтому внешне такая конструкция может выглядеть как обычное покрытие стены.

Исследователи изготовили большой лист, состоящий из 1596 соединенных между собой элементов. Один такой элемент при относительной влажности 80% вырабатывал около 0,34 В, а удельная мощность достигала 2,2 мкВт/см². Целого массива хватило для непрерывного питания беспроводной клавиатуры без батареек.

При этом обои одновременно забирали часть влаги из воздуха. В ходе испытания относительная влажность в помещении снизилась с 38% до 32%. Это показывает, что технология способна работать не только как источник энергии, но и как пассивный регулятор влажности.

Однако заменить розетку или солнечные панели такие обои пока не способны. Получаемая мощность измеряется микроваттами, поэтому разработчики рассматривают их прежде всего как источник питания для датчиков, беспроводных модулей и другой маломощной электроники.

«Мы тратим много энергии на системы отопления, вентиляции и кондиционирования, чтобы удалять влагу из воздуха. Если использовать эту концепцию, можно одновременно контролировать влажность и получать электричество», — говорит Чхве.

Инженеры создали «умную» ткань, которая регулирует температуру тела

Созданы охлаждающие плитки для зданий, работающие, как кожа слона

Подписывайтесь и читайте «Науку» в MAX