Silisyum Gözeneklerinde Yalnızca Su ve Basınçla Elektrik Üretildi

Almanya’daki araştırmacılar, Dünya’nın en bol ikinci elementi silisyumun en küçük gözeneklerinde sürtünme enerjisinden yararlanarak yalnızca su ve basınç kullanarak elektrik üretmenin yeni bir yolunu geliştirdi. Hamburg Teknoloji Üniversitesi (TUHH) ve German Electron Synchrotron (DESY) merkezlerinden bilim insanları, mekanik enerjinin triboelektrik üretim yöntemiyle elektrik gücüne dönüştürülebileceğini keşfetti. Süreç, enerji üretiminde etkin ortam olarak görev yapan nanometre boyutundaki silisyum gözeneklerine hapsedilmiş suya dayanıyor. Araştırmacılara göre yöntem, araç amortisörleri gibi yüksek mekanik basınç ortamlarında kullanılabilir. TUHH Malzeme ve X-Işını Fiziği Enstitüsü profesörü ve BlueMat: Water-Driven Materials projesi sözcüsü Patrick Huber, PhD, şöyle açıkladı: “Nanoyapıda sınırlandırıldığında saf su dahi enerji dönüşümünü mümkün kılabilir.”

Suyu Enerjiye Dönüştürmek

Ekip, Intrusion-Extrusion Triboelectric Nanogenerator (IE-TENG) adlı sistemi geliştirdi. Bu sistem, basınç uygulayarak suyu nanogözeneklere sürekli olarak itip çıkarmaya dayanıyor. Bu işlem sırasında silisyum duvarları ile sıvı arasındaki arayüzde elektrik yükleri ayrışıyor ve günlük yaşamda oluşan sürtünme elektriğine benzer bir etki ortaya çıkıyor. Örneğin PVC halıda yürüyüp metal bir kapı koluna dokunulduğunda meydana gelen elektron transferi ve statik şok olayı burada kontrollü şekilde yeniden üretiliyor. Yeni yöntem, bu olguyu sürekli, verimli ve kararlı biçimde enerjiye dönüştürüyor. CIC EnergiGUNE ve DESY araştırmacısı Luis Bartolomé, PhD, durumu özetledi: “Nanogözenekli silisyumu suyla birleştirmek, nadir malzemelere ihtiyaç duymadan, yalnızca Dünya’nın en bol yarı iletkeni silisyum ve en bol sıvısı suyu kullanarak verimli ve tekrarlanabilir bir güç kaynağı oluşturuyor.” Prototip, katı-sıvı nanogeneratörleri arasında şimdiye dek rapor edilen en yükseklerden biri olan yüzde 9 enerji dönüşüm verimi elde etti.

Akıllı Malzeme Mimarisi

Araştırmacılar, prototipin başarısının sadelikten geldiğini belirtiyor. Cihaz yalnızca silisyum ve su kullanıyor; nadir veya tehlikeli maddelere ihtiyaç duymuyor. TUHH Malzeme ve X-Işını Fiziği Enstitüsü öğretim üyesi Manuel Brinker, PhD “Hem elektriksel olarak iletken hem de nanogözenekli ve aynı zamanda hidrofobik olan, hassas biçimde kontrol edilen silisyum yapılarının geliştirilmesi belirleyici oldu.” sözleriyle açıkladı. Brinker, teknolojinin gözenek içindeki su hareketini hassas şekilde yönettiğini ve kararlı, ölçeklenebilir bir enerji dönüşümü sağladığını vurguladı.

Ekip, söz konusu teknolojinin otonom ve bakımsız sensör sistemleri için yeni olanaklar sunduğunu düşünüyor. Potansiyel kullanım alanları arasında su tespiti, akıllı giysilerde spor ve sağlık izleme ile dokunsal robotik yer alıyor. Çalışmanın yazarları Ferrara Üniversitesi’nden Simone Meloni, PhD, ve CIC EnergiGUNE’den Yaroslav Grosu, PhD, açıklamalarında şu ifadeyi kullandı: “Su ile çalışan malzemeler, kendini sürdürebilen teknolojilerin yeni bir kuşağının başlangıcını işaret ediyor.” Araştırma, Elsevier yayınevine ait Nano Energy dergisinde yayımlandı.

‍

‍

‍

‍

Kaynak: https://interestingengineering.com/energy/battery-free-wearable-and-robotic-sensors