엔지니어는 24/7 희박한 공기에서 풍부한 청정 에너지를 수확합니다.

University of Massachusetts Amherst의 엔지니어 팀은 최근 거의 모든 재료가 공기 중의 습기로부터 지속적으로 전기를 수확하는 장치로 전환될 수 있음을 보여주었습니다. 비밀은 직경이 100나노미터 미만인 나노기공으로 재료를 뒤덮을 수 있다는 데 있습니다. 이 연구는 저널에 실렸습니다. 고급 재료.

UMass Amherst 공과대학의 전기 및 컴퓨터 공학 대학원생이자 이 논문의 주저자인 Xiameng Liu는 “이것은 매우 흥미진진하다”고 말했다. “우리는 희박한 공기에서 깨끗한 전기를 수확하기 위한 넓은 문을 열고 있습니다.”

“공기는 엄청난 양의 전기를 포함하고 있습니다. “물방울 덩어리에 불과한 구름을 생각해 보십시오. 각 방울에는 전하가 포함되어 있으며 조건이 적절할 때 구름은 번개를 생성할 수 있지만 안정적으로 캡처하는 방법을 모릅니다. 번개로부터의 전기. 우리가 한 일은 전기를 수확할 수 있도록 예측 가능하고 지속적으로 전기를 생산하는 인간이 만든 소규모 구름을 만드는 것입니다.”

인간이 만든 구름의 핵심은 Yao와 그의 동료들이 “일반적인 에어젠 효과”라고 ​​부르는 것에 달려 있으며, Yao와 공동 저자인 UMass Amherst의 미생물학 석좌 교수인 Derek Lovley가 이전에 완료한 작업을 기반으로 합니다. 2020년 박테리아에서 성장한 단백질 나노와이어로 만든 특수 소재를 사용하여 공기에서 전기를 지속적으로 수확할 수 있음을 보여줌 지오박터 설퍼리듀센스.

“만들고 나서 깨달은 것은 지오박터 Yao는 “공기에서 전기를 생성하는 능력(당시 ‘Air-gen 효과’라고 함)이 일반적인 것으로 밝혀졌다”고 말합니다. 어느 어떤 종류의 물질이든 특정 속성을 가지고 있는 한 공기에서 전기를 수확할 수 있습니다.”

그 재산? “100나노미터(nm)보다 작은 구멍, 즉 머리카락 굵기의 1/1000보다 작은 구멍이 있어야 합니다.”

이것은 “평균 자유 경로”로 알려진 매개변수 때문입니다. 즉, 물질의 단일 분자(이 경우 공기 중의 물)가 동일한 물질의 다른 단일 분자와 충돌하기 전에 이동하는 거리입니다. 물 분자가 공기 중에 떠 있을 때 평균 자유 경로는 약 100nm입니다.

Yao와 그의 동료들은 이 수치를 기반으로 전기 수확기를 설계할 수 있다는 것을 깨달았습니다. 이 수확기는 물 분자가 재료의 상부에서 하부로 통과할 수 있도록 100nm보다 작은 나노기공으로 채워진 얇은 재료 층으로 만들어질 것입니다. 그러나 각각의 기공이 매우 작기 때문에 물 분자는 얇은 층을 통과할 때 쉽게 기공의 가장자리에 부딪힐 것입니다. 이것은 층의 윗부분이 아랫부분보다 더 많은 전하를 운반하는 물 분자로 충격을 받아 윗부분이 아랫부분에 비해 전하를 증가시켰기 때문에 구름에서와 같은 전하 불균형을 생성한다는 것을 의미합니다. 이렇게 하면 공기 중에 습도가 있는 한 작동하는 배터리가 효과적으로 생성됩니다.

“아이디어는 간단합니다.”라고 Yao는 말합니다. “하지만 전에는 발견된 적이 없으며 모든 종류의 가능성이 열립니다.” 수확기는 말 그대로 모든 종류의 재료로 설계할 수 있어 비용 효율적이고 환경에 적응할 수 있는 제조를 위한 광범위한 선택을 제공합니다. “열대우림 환경을 위한 한 종류의 재료와 더 건조한 지역을 위한 다른 재료로 만든 수확기를 이미지화할 수 있습니다.”

그리고 습도가 항상 존재하기 때문에 수확기는 비가 오나 눈이 오나, 바람이 불든 말든 24시간 작동합니다. 이는 특정 조건에서만 작동하는 바람이나 태양광과 같은 기술의 주요 문제 중 하나를 해결합니다. .

마지막으로, 공기의 습도는 3차원 공간에서 확산되고 Air-gen 장치의 두께는 사람의 머리카락 너비의 일부에 불과하기 때문에 수천 개가 서로 쌓일 수 있어 양을 효율적으로 확장할 수 있습니다. 장치의 공간을 늘리지 않고도 에너지를 절약할 수 있습니다. 이러한 Air-gen 장치는 일반 전기 유틸리티 사용을 위해 킬로와트 수준의 전력을 제공할 수 있습니다.

“어디를 가든 깨끗한 전기를 사용할 수 있는 미래의 세상을 상상해 보십시오.”라고 Yao는 말합니다. “일반적인 Air-gen 효과는 이 미래 세계가 현실이 될 수 있음을 의미합니다.”

이 연구는 National Science Foundation, Sony Group, Link Foundation 및 UMass Amherst의 응용 생명 과학 연구소(IALS)의 지원을 받았습니다. 인간의 건강과 복지에 도움이 되는

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2023/05/230524181948.htm