https://bitly.su/VsrHo
Ученые знали, что они могут вырабатывать электроэнергию, пропуская соленую воду по электрически заряженной поверхности. Но им никогда не удавалось добиться того, чтобы этот процесс давал достаточно энергии, чтобы быть полезными.
Теперь инженеры придумали, как это сделать. Их трюк: Сделайте так, чтобы вода текла по этой поверхности намного быстрее. Они добились этого, сделав поверхность супер водонепроницаемой.
Праб Бандару - инженер-механик и материаловед в Калифорнийском университете Сан-Диего. Инновации его команды выросли из разочарования. Ничего из того, что они пытались сделать, не сработало. Один "порыв момента... просто случился на работе", - со смехом говорит он. Вряд ли это планировалось.
Ученые описывают поверхность, отталкивающую воду как гидрофобную. Этот термин происходит от греческих слов, обозначающих воду и ненависть . Команда UCSD описывает материал, который она использует, как сверхгидрофобный.
Их новая энергетическая система начинается с поваренной соли или хлорида натрия. Как следует из названия, эта соль производится из связанных атомов натрия и хлора. Когда атомы реагируют на образование соли, электрон из атома натрия разрывается и присоединяется к атому хлора.
Это превращает каждый нейтральный атом в тип заряженного атома, называемый ионом. Атом натрия теперь имеет положительный электрический заряд. Противоположные обвинения привлекают. Так что ион натрия теперь сильно притягивается к атому хлора, который теперь имеет отрицательный заряд.
Когда соль растворяется в воде, молекулы воды вызывают ослабление связи между ионами натрия и хлора. Поскольку эта соленая вода течет по поверхности с отрицательным зарядом, ее положительно заряженные ионы натрия будут притягиваться к ней и замедляться.
Между тем, отрицательно заряженные ионы хлора будут продолжать течь. Это разрывает связь между двумя атомами. И это высвобождает энергию, которая была накоплена в нем.
Задача заключалась в том, чтобы заставить воду двигаться достаточно быстро. "Когда хлор стекает быстро, относительная скорость между медленным натрием и быстрым хлором увеличивается, - объясняет Бандару. И это увеличит вырабатываемую им электроэнергию.
Такое использование водонепроницаемой поверхности для производства энергии является "очень, очень захватывающим", - говорит Даниил Тартаковский.
Инновация
Другие исследователи пытались использовать водоотталкивающее средство для увеличения выработки электроэнергии электрогенератором соленой воды. Они сделали это, добавив крошечные бороздки на поверхность. Когда вода текла по канавкам, она испытывала меньшее трение при движении по воздуху.
Тем не менее, несмотря на то, что вода текла быстрее, производство энергии не сильно возросло. И это, по словам Бандару, связано с тем, что воздух также снижает воздействие отрицательно заряженной поверхности на воду.
Его команда пыталась различными способами обойти эту проблему. Они пытались сделать поверхность более пористой. Их идея заключалась в том, чтобы ускорить поток воды, обеспечивая еще больше воздуха на поверхности.
"Мы были в лаборатории, думали: "Почему это не работает?" - вспоминает он. "Потом мы сказали: "Почему бы нам не положить жидкость внутрь поверхности?"
Это была просто идея мозгового штурма. Исследователи не делали никаких расчетов, чтобы выяснить, сработает ли это. Они только что пытались заменить воздух в канавках поверхности на масло. И это сработало! "Мы были очень удивлены", - говорит Бандару.
"У нас очень, очень высокий результат по электрическому напряжению." Чтобы выяснить, не совершили ли они какую-то ошибку, Бандару говорит, что они быстро поняли: "Мы должны попробовать снова!"
Они делали это еще несколько раз. И каждый раз результаты были одинаковыми. "Это было воспроизводимо", - говорит Бандару. Это убедило их в том, что их первоначальный успех не был случайным.
Позже они изучили физику заполненной жидкостью поверхности. Вспоминает Бандару: "Это был один из тех моментов, когда мы поняли: "Конечно, это должно было сработать."
https://bitly.su/Wg9Hm1D
Почему это работает?
Как воздух, масло отталкивает воду. Некоторые масла обладают гораздо большей гидрофобностью, чем воздух, и могут содержать отрицательный заряд. Команда Bandaru протестировала пять масел, чтобы найти оптимальное сочетание водоотталкивающих свойств и отрицательного заряда. Еще одно преимущество использования масла: Он не смывается, когда над ним течет вода, потому что физическая сила, известная как поверхностное натяжение, удерживает его в канавках.
Недавно проведенные командой тесты доказывают, что концепция работает. В ходе других экспериментов необходимо будет проверить, насколько хорошо он может работать в более широком масштабе - такой, который может обеспечить полезное количество электроэнергии.
Однако этот метод может найти применение даже в небольших масштабах. Например, он может использоваться в качестве источника питания для анализа методом "лаборатория на кристалле". Здесь крошечные устройства выполняют тесты на очень маленьких количествах жидкости, таких как капля воды или крови.
В более широком масштабе он может использоваться для производства электроэнергии из океанических волн или даже для использования отходов, перемещаемых через водоочистные сооружения.
"Это не обязательно должна быть соленая вода", - объясняет Бандару. "Может быть, есть сточные воды, содержащие ионы. Пока в жидкости есть ионы, можно использовать эту схему для генерации напряжения."
Использование жидкости, такой как масло, для ускорения потока воды при одновременном проведении электричества может значительно повысить эффективность таких энергосистем. "Если это сработает, - говорит Тартаковский, - это может даже стать большим прорывом в аккумуляторной технологии".
