Новый способ получения энергии: крошечные трубочки выжимают электричество из воды
Исследователи из Университета Альберты рядом с созданной ими установкой. Фото BBC News
Открыт совершенно новый способ получения электричества. Внешне электрокинетическая батарея (electrokinetic battery) работает довольно просто: вода проталкивается через тонкие каналы - и за счет этого течет электрический ток. Профессор Ларри Костюк (Larry Kostiuk) из канадского Университета Альберты в Эдмонтоне надеется, что мощность установки удастся со временем увеличить, и тогда текущая по трубочкам вода сможет приводить в действие сравнительно мощные портативные устройства вроде мобильных телефонов и калькуляторов (их придется, например, накачивать насосом).
Обычно для преобразования энергии движущейся воды в электричество используются динамо-машины. Понятно, что такое решение обладает невысоким КПД и к тому же совершенно неприменимо для миниатюрных устройств. Установка же, созданная канадскими инженерами, непосредственно преобразует движение воды в электроток.
Физический эффект возникновения электрического потенциала при просачивании воды через крошечные каналы в материале, не проводящем электричество, был известен давно. Это явление называют электрическим двойным слоем (electrical double layer). Поверхность стенок канала становится заряженной потому, что часть ионов из воды как бы застревает при движении. За счет этого возникает электрическое поле, которое создает некоторое препятствие дальнейшему движению потока заряженных ионов через канал и потому воспринималось как явление безусловно вредное.
Например, когда тонкий слой, покрывающий стенки канала, заряжен отрицательно, он притягивает положительные ионы, которые замедляют поток. Ионы с противоположным зарядом пропускаются, а ионы с тем же зарядом - задерживаются. В данном случае анионы сдвигаются в центральную часть канала - это позволяет им двигаться быстрее. Это значит, что отрицательный заряд скапливается у дальнего конца канала, а положительный - у ближнего, заставляя прилагать все большие усилия для того, чтобы протолкнуть воду.
Инженер Ларри Костюк и его коллега физик Дэниел Куок (Daniel Kwok) решили обратить эту проблему на пользу техническому прогрессу. Они прокачивали под давлением обычную воду из-под крана через стеклянный диск диаметром 2 см и толщиной 3 мм, пронизанный примерно 450 тысячами отверстий, поперечник каждого из которых - от 10 до 16 микрон (примерно одна сотая миллиметра). Когда к каждой стороне было присоединено по электроду, они измерили ток - он оказался равным нескольким микроамперам (а в случае отдельных каналов речь идет о считанных наноамперах). Согласно PhysicsWeb, получено 1500 наноампер. По утверждению BBC News, разность потенциалов составила 10 вольт и этого хватило, чтобы зажечь лампочку (или, возможно, светодиод).
Чтобы увеличивать ток, необходимо увеличить КПД устройства. Пока, как говорит Костюк, он удручающе мал - всего доли процента. Необходимо повысить его до 4-16 %, чтобы можно было конкурировать с другими энергетическими источниками. Другой очевидный способ извлекать из воды большее количество ампер - это увеличивать число каналов, силу давления или концентрацию солей в воде. При этом сама природа могла бы предоставить новые источники энергии, до сей поры пропадающей без дела, буквально уходящей в песок. Когда вода, например, течет через пористую скалу, она воспроизводит в природных условиях ту же схему эксперимента. Костюк предлагает подключить к этому делу электроды и получать таким образом электроэнергию в какой-нибудь глухомани.
Однако Джордан Макиннес (Jordan MacInnes), эксперт в области гидроаэродинамики из британского Университета Шеффилда, считает, что "овчинка выделки не стоит", ведь потребуются годы и годы, чтобы зарядить таким способом хотя бы мобильный телефон. Возможно, продвижение воды через отверстия при более высоком давлении может сократить это время, но тогда возникают другие серьезные технические проблемы...
Источники:
Tiny tubes squeeze electricity from water - New Scientist
Extracting electricity from water - PhysicsWeb
Water sparks new power source - BBC News
Обсудить
Дословно
Профессор Ларри Костюк из канадского Университета Альберты в Эдмонтоне
(Об электрокинетической батарее)
За последние 160 лет впервые появился новый реальный способ получать электричество. При этом происходит прямое преобразование энергии перемещения жидкости в электричество без каких-либо движущихся частей или вредных загрязнений...
PhysicsWeb
Его очевидное применение, которое первым приходит на ум, лежит в области микроэлектронных механических систем (MEMS). Например, снабжение энергией микролабораторий, построенных на компьютерных чипах.
BBC News
Статьи по теме
Разработана батарейка для наномашин
Американские исследователи запатентовали технологию, позволяющую создавать батарейки поперечником в тысячные доли миллиметра. Изготовление таких микроскопических блоков питания - первый и едва ли не самый неотложный шаг к построению реально работающих наномашин. Сверхминиатюрные роботы могли бы производить химический анализ окружающей среды или вводить микропорции лекарства, находясь в человеческом организме.
Новый способ получения энергии: крошечные трубочки выжимают электричество из воды
Открыт совершенно новый способ получения электричества. Внешне все работает довольно просто: вода проталкивается через тонкие каналы - и за счет этого течет электрический ток. Ларри Костюк из канадского Университета Альберты в Эдмонтоне надеется, что мощность установки удастся со временем увеличить, и тогда текущая по трубочкам вода сможет приводить в действие сравнительно мощные портативные устройства вроде мобильных телефонов и калькуляторов.
Магическое число научит летать и плавать
Одно-единственное "магическое" число описывает движения летающих и плавающих живых организмов, начиная от какой-нибудь моли и кончая дельфинами. Изучение его значения проливает свет на "летные навыки" давно исчезнувших с лица земли созданий и может помочь военным инженерам проектировать крошечных крылатых шпионов, которые могли бы обследовать занятые врагом здания, не привлекая к себе лишнего внимания.
Последняя нерешенная проблема классической физики близка к решению благодаря сверхтекучему гелию
Это кажется невероятным, но теории гидродинамической турбулентности в завершенном виде не существует до сих пор, созданы только так называемые полуэмпирические теории турбулентности. Вообще это является одной из важнейших проблем современной теорфизики. Теперь сделан важный шаг в описании турбулентности в сверхтекучем гелии-3, что может помочь, наконец, в решении проблемы турбулентности и в классических жидкостях.
Физики собираются проститься с килограммом
Недавно в ходе точных измерений параметров монокристалла кремния с помощью рентгеновских лучей было получено новое значение для числа Авогадро. Эта работа проходила в рамках международной программы, направленной на пересмотр эталона килограмма. Килограмм решено определить в терминах атомных и фундаментальных констант, как и все остальные системные единицы. Тем более, что нынешний материальный эталон килограмма, от которого в конечном счете зависит точность измерений во всем мире, постепенно испаряется и теряет массу.
Силу, возникающую из пустоты, приспособят к чему-нибудь путному
Генрих Казимир еще в 1948 году предложил эксперимент, который мог бы подтвердить квантовую теорию физического вакуума (то, что вакуум на самом деле не пуст, а заполнен то и дело виртуально возникающими и исчезающими парами частиц и античастиц). Теперь американские исследователи сумели проверить этот эффект с точностью до 0,5 %. Выяснилось, что эффект Казимира действительно должен серьезно влиять на наноразмерные устройства.
Уфимским ученым за электропроводящие полимеры сулят "нобелевку"
Сенсационное открытие сделали башкирские ученые. Оно совершит переворот в мире физики. Сотрудники уфимского Института физики молекул и кристаллов заставили бежать электрический ток по полимерам. До сих пор ни одному научному институту мира такого не удавалось. По всей видимости, еще большее значение подобное открытие будет иметь для грядущей эры нанотехнологий.
Из виноградин научились извлекать электричество, а из кузнечиков пока не получилось
Новое устройство называют биотопливным элементом (biofuel cell). Оно использует энергию растительного и животного метаболизма и не выделяет никакого ядовитого побочного продукта. Устройство работает лучше всего, когда имеется достаточное количество глюкозы, например, в винограде.
Новости по теме
