ابتكار نانوي ألماني يولّد الكهرباء باستخدام الماء
ابتكر باحثون في ألمانيا طريقة جديدة لتوليد الكهرباء باستخدام الماء والضغط الميكانيكي فقط، ما قد يفتح الباب أمام جيل من التقنيات المستدامة التي تعتمد على أبسط الموارد الطبيعية.
وطوّر فريق البحث من جامعة هامبورغ للتكنولوجيا (TUHH) بالتعاون مع مركز Synchrotron الإلكتروني الألماني (DESY)، آلية تحوّل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية عبر الاحتكاك داخل مسام السيليكون النانومترية، ثاني أكثر العناصر وفرة على كوكب الأرض.
وتعتمد التقنية على الماء المحصور داخل مسام السيليكون الدقيقة، الذي يعمل كوسيط لإنتاج الكهرباء عند تعرضه لضغط ميكانيكي متكرر. ويرى الباحثون أن هذا المبدأ يمكن أن يُستخدم في بيئات يتكرر فيها الضغط، مثل أنظمة امتصاص الصدمات في المركبات أو أجهزة الاستشعار الميكانيكية.
وقال الدكتور باتريك هوبر، الأستاذ في معهد المواد وفيزياء الأشعة السينية بجامعة هامبورغ والمتحدث باسم مجموعة “بلو مات” للمواد المعتمدة على الماء: “حتى الماء النقي، عندما يُحتجز على المستوى النانوي، قد يتمكن من تحويل الطاقة”.
وطوّر الفريق جهازا أطلق عليه اسم المولد النانوي الكهربائي الاحتكاكي بتقنية البثق والتسلل (IE-TENG)، يعتمد على دفع الماء إلى داخل المسام النانوية وإخراجه منها بشكل متكرر. وأثناء هذه العملية، تتكوّن شحنات كهربائية عند السطح الفاصل بين جدران المسام والسائل، ما يؤدي إلى توليد تيار كهربائي احتكاكي يشبه الكهرباء الساكنة الناتجة عن احتكاك الأجسام في حياتنا اليومية.
وأوضح الباحث لويس بارتولومي من مركز CIC EnergiGUNE الإسباني ومركز DESY أن “دمج السيليكون النانوي المسامي مع الماء يوفر مصدر طاقة فعّالا ومتجددا، دون الحاجة إلى مواد نادرة — فقط باستخدام أكثر أشباه الموصلات وفرة، السيليكون، وأكثر السوائل وفرة، الماء”.
وحقق النموذج الأولي للجهاز كفاءة تحويل بلغت 9%، وهي من أعلى النسب المسجلة لمولدات النانو الصلبة والسائلة حتى الآن.
وتكمن قوة هذه التقنية، بحسب الباحثين، في بساطتها واستدامتها، إذ تستخدم فقط السيليكون والماء، من دون أي عناصر نادرة أو خطرة.
ويتوقع الفريق أن تمهد هذه التقنية الطريق لتطوير أنظمة استشعار ذاتية التشغيل لا تحتاج إلى صيانة، يمكن استخدامها في مجالات مثل الكشف عن تسرب المياه، والملابس الذكية لمراقبة الصحة والرياضة، والروبوتات اللمسية، حيث يمكن للحركة أو اللمس أن تولّد إشارات كهربائية مباشرة.
نُشرت نتائج الدراسة في مجلة Nano Energy (Elsevier).
المصدر: interesting engineering
