Создана "электрокинетическая" батарейка

АрхивЧеловек и Общество

Впервые за последние 150 лет учёными был предложен принципиально новый способ генерации электроэнергии

От редактора: мы уже писали об изобретении необычной батарейки в новостях. Сейчас хотим более детально осветить это событие.

Делать деньги из грязи, к сожалению, учёные пока не научились, однако вот извлекать электроэнергию непосредственно из воды, кажется, скоро станет вполне реально. Повод надеяться на это дают результаты, полученные учёными Университета Альберты (University of Alberta), Эдмонтон, Канада. Созданная ними "электрокинетическая" батарейка, действующая благодаря эффекту т.н. двойного электрического слоя, является первым за последние 150 лет устройством, работа которого основывается на принципиально новом способе генерации электричества.

В общих чертах суть работы "электрокинетической" батарейки проста: через микроскопические каналы под давлением прогоняется обычная вода, при этом между противоположными концами трубочек возникает разница потенциалов, что позволяет получить электрический ток. В отличие от генераторов гидроэлектростанций, в которых поток проходящей воды должен вращать турбину, в новой батарейке движение воды преобразуется в ток непосредственно. Таким образом, впервые учёным удалось создать электрогенератор, использующий энергию проходящей воды, который лишен подвижных элементов.

На практике физикам уже давно известен феномен, когда продвижение воды по каналам микроскопического диаметра испытывает определённое сопротивление, имеющее в основе некие процессы электрического характера. Исследования показали, что если по ходу трубки возникает участок заряженной поверхностью, в жидкости происходит перераспределение заряженных частиц - например, если поверхность трубки является негативно заряженной, то она притягивает положительно заряженные частицы, в то время как негативно заряженные выталкиваются к центру канала, и двигаются дальше. В конечном результате это приводит к образованию разницы заряда между противоположными концами трубки. Причиной возникновения исходного заряда на поверхности канала является либо "прилипание" заряженных частиц жидкости, либо частичное растворение вещества стенок. Поскольку в ходе описанного процесса жидкость у стенки канала словно "расслаивается" на слои с преобладанием различных зарядов, данное явление получило название эффекта двойного (электрического) слоя.

До последнего времени в описанном явлении виделась лишь проблема - пока Ларри Костьюк (Larry Kostiuk), глава группы изобретателей, не додумался соединить противоположные концы трубок с помощью проводника. Приложив клеммы, он заметил, что при этом между противоположными концами канальцев происходит перемещение заряда и возникает электрический ток. Так возникла идея создания "электрокинетической" батарейки.

Чтобы экспериментально подтвердить свои наблюдения, Костьюк вместе с коллегами в лице Даниеля Квока (Daniel Kwok) и двух аспирантов изготовили стеклянный блок цилиндрической формы диаметром около 2 см и толщиной 3 см. Блок содержал около 500 тысяч индивидуальных каналов диаметром порядка 10 микрон. Через цилиндр под давлением прогоняли воду и отмечали напряжение на противоположных полюсах. Действительно, при этом регистрировался электрический ток силой около 1 миллиампера и напряжением до 10 вольт. Мощность прототипа была весьма незначительной, однако достаточной, чтобы поддерживать свечение светодиода.

Профессор Костьюк видит большие перспективы использования предложенной технологии. По его словам, вскоре она может составить конкуренцию таким альтернативным источникам энергии, как солнечная и ветровая. Некоторые специалисты, правда, не столь оптимистичны в своих предположениях и высказываются довольно скептически по поводу возможности использования батарей, использующих эффект двойного электрического слоя, в промышленных масштабах. К примеру, д-р Джон Гиббинз (John Gibbins) из Imperial College, Дондон, считает, что новые батарейки будут пригодны для получения электроэнергии лишь в микроскопических масштабах, поэтому могут быть использованы преимущественно на нано-уровне.

Поэтому пока более реалистичным видится возможность использования "электрокинетических" батарей для питания небольших электронных устройств вроде мобильных телефонов или калькуляторов. Теперь их зарядка будет сводиться к закачке воды под высоким давлением (что, вероятно, можно сделать и вручную. Любопытно, конечно, будет выглядеть "накачка" мобильного телефона, но тем не менее).

Канадские изобретатели полагают, что их изобретение открывает пути к созданию источников питания нового поколения, генерирующих электроэнергию экологически чистым путём. Тем не менее, они подчёркивают то, что сейчас работы находятся лишь на исходной стадии, поэтому до момента поступления нового типа батарей в коммерческое использование необходимо провести ещё большое количество исследований.

Согласно подсчётам, эффективность работы батарейки, использованной Костьюком для демонстрации технологии, весьма низка и составляет лишь около 1 %. Поэтому, по словам учёных, сейчас целью их работы является поиск способов повышения эффективности работы системы по крайней мере до 4-16 %.

Результаты работы канадских учёных были представлены в выпуске Журнала Микромеханики и Микроинженерии (Journal of Micromechanics and Microengineering) от 20 октября.