Ученые разработали новую недорогую систему для прямого электрохимического извлечения энергии из морской воды, которая может автономно переключаться между двумя рабочими режимами.
Подводным устройствам и оборудованию для функционирования в течение длительного времени необходим независимый источник энергии. В таких условиях генераторы должны не только поддерживать стабильный поток энергией на протяжении всего времени их работы, но и обеспечивать подачу более высокой мощности при быстром движении, захвате или других активных действиях. Китайские исследователи создали новый генератор, который подобно морским организмам может переключаться между аэробным и анаэробным режимом, используя различные материалы в качестве акцепторов электронов.
Основой системы является катод из берлинской лазури, открытой каркасной структуры со «стойками» из цианид-ионов и «узлами» из ионов железа. В сочетании с металлическим анодом эта структура может использоваться для получения электроэнергии из морской воды.
При низком потреблении энергии, электроны, поступающие в катод, переносятся непосредственно в растворенный кислород. Поскольку в морской воде его запасы неисчерпаемы, то в таком режиме система теоретически может обеспечивать питание при слабом токе на протяжении неограниченного времени.
Во время роста потребляемой мощности, растворенного кислорода становится недостаточно для принятия всех поступающих электронов. Поэтому берлинская лазурь должна хранить их, уменьшая степень окисления атомов железа с +3 до +2. Для поддержания баланса заряда положительно заряженные ионы натрия оседают в каркасе. В морской воде достаточная концентрация Na для того, чтобы за короткое время поглотить большое количество электронов.
При снижении энергопотребления, электроны снова переносятся в кислород, который восстанавливает каркас, Fe2+ окисляется до Fe3+, а ионы натрия удаляются.
Новая система устойчива к агрессивной морской воде и может справляться с многочисленным переключением режимов. При включении металл-органических структур, теоретическая плотность энергии устройства составляет 3960 Втч/кг.
Во время испытаний прототипа генератора, в энергетическом режиме он работал непрерывно четыре дня без потери мощности. В режиме повышенной мощности, энергии хватило для питания 39 светодиодов и гребного винта.
Напомним, что недавно ученые создали фотодиод, генерирующий электричество от ночного охлаждения.