Китайским ученым удалось создать искровой потенциал величиной 1200 вольт при помощи падающих капель воды. Рожденная таким способом электрическая искра смогла произвести прямую ионизацию газа при атмосферном давлении и разделить воду на водород и кислород. Статья об этом исследовании опубликована в журнале Science Advances.
Механизм генерации электроэнергии падающими каплями воды заключается в возникновении двойного электрического слоя, как в суперконденсаторах. Однако ранее выходное напряжение, индуцированное каплями, достигало насыщения в районе 350 вольт. Основным ограничивающим фактором для такого источника энергии является плохое понимание физики движущихся капель по поверхностям.
Теперь физики под руководством Го Ванлиня (Wanlin Guo) из Нанкинского университета аэронавтики и астронавтики показали, что падающие капли воды могут стабильно производить искровой разряд с напряжением до 1200 вольт, что уже близко к теоретическому верхнему пределу. Такого результата физики достигли, капая водопроводной водой с высоты 25 сантиметров на наклонную тефлоновую пластинку, расположенную на алюминиевой подложке (в качестве нижнего электрода) и с закрепленной на ней металлической полоской (верхний электрод). Электрический сигнал замеряли между этими двумя электродами и синхронизировали с записью на рапидной камере. Это позволило экспериментаторам оптимизировать параметры установки и описать происходящие процессы.
Чтобы объяснить и описать такое напряжение, ученые разработали комплексную модель, которая учитывает динамику контакта вода-электрод как в макромасштабе при распространении капель, так и на микроуровне при возникновении двойного электрического слоя. Физики показали, что для достижения сверхвысокого искрового потенциала необходима высокая скорость скольжения и большая площадь растекания капли, при этом толщина двойного электрического слоя должна быть как можно тоньше при коротком времени релаксации.
Ученые показали, что такой метод генерации электричества можно использовать для решения прикладных задач. Для этого они использовали оптимизированную установку в качестве импульсного источника. Возникающего напряжения от падающих капель воды оказалось достаточно, чтобы произвести ионизацию атомов гелия при атмосферном давлении или для проведения электролиза воды.
Физики считают, что достижение киловольтного напряжения, индуцированного падающими каплями, открывает дорогу новым гидроэлектрическим технологиям. О том какие еще существуют перспективные технологии генерации и накопления электричества читайте в нашем материале «Химия и ток».