チームは自然の大気湿度で動作する発電機を開発

2023 年 8 月 4 日

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科学者たちは、自然環境に広く分布している低価値のエネルギーを利用して発電する方法を模索しています。 研究チームは、自然の大気湿度を収集し、連続的な電気信号を生成する発電機を開発しました。 これは、ポリオキソメタレートと呼ばれるナノサイズの材料を使用して設計された最初の湿度発生器です。 これは、低価値エネルギーの持続可能な利用におけるポリオキソメタレートの新たな研究方向となる可能性を秘めています。

チームの研究は Nano Research に掲載されています。

研究チームは、エネルギー変換装置の動作の不連続の問題の解決に着手しました。 彼らは、大気湿度発電材料の不足と材料の設計可能な性能の制限に対処しようとしました。 「私たちは、大気湿度エネルギーから電気エネルギーへの変換プロセスと、大気湿度発電におけるポリオキソメタレートの役割を理解したかったのです」と東北師範大学化学科のウェイリン・チェン教授は述べた。

POM として知られるポリオキソメタレートは、特殊な形態と機能特性を備えており、制御可能な合成、アセンブリ、および性能研究に非常に役立ちます。 これらは、多用途の種類の無機分子材料です。 POM ナノ材料は自己集合して、大気中の湿度を収集できる微孔質構造を形成することができます。

また、環境にも優しく、光、熱、化学環境においても優れた安定性を備えています。 科学者らは、POM ナノ材料が大気中の湿度を有効利用できる可能性を秘めた材料であると期待しています。

研究チームは、POM を有機アンモニウム-ポリオキソアニオン クラスターに構築しました。 クラスターは、大気湿度の中で動作可能な、マイクロポアと呼ばれる小さなナノサイズの細孔を備えた薄膜発電機に組み立てられました。 彼らの小型 POM ジェネレーターは 0.68 V の電圧を生成し、安定しており、大気湿度が 10% ～ 90% のほぼ自然環境下でも継続的に動作しました。

POM 大気湿度発生器は、POM ナノクラスターが POM ナノワイヤー フィルムの微細孔で大気湿度を自発的に吸収するように機能します。 それらは、発電の構造的基礎である水の分布勾配を形成します。 POM発電機は高い安定性と連続発電性能が実証されています。

研究チームは、POM発電機が自然の大気湿度を効果的に収集し、イオンの不均一な分布と方向性の移動によって連続的な電気信号を生成できることを確認しました。 この研究は、低価値のエネルギーを継続的に使用するための新しいアイデアと、ポリオキソメタレートの化学に対する新しい研究角度を提供します。

自然環境において継続的に低価値のエネルギーを開発することが急務となっている。 過去の研究で、科学者は低価値のエネルギーを収集して使用する装置を作成してきました。 しかし、低価値のエネルギーは断続的で不安定であるため、これらのデバイスは制限されています。 近年、科学者は大気中の湿度エネルギーの利用において進歩を遂げてきました。 しかし、チームの POM 発電機は、継続的に電力を生成する最初の湿度発電機です。

この POM ジェネレーターには、人間の呼吸プロセスの検出など、多くの潜在的な用途があります。 環境湿度の検出、記録、警報。 電気製品との統合により、機器への継続的な電力供給を実現します。 複数のシナリオの電力需要に対応します。