Бумажные «обои» преобразуют влагу из воздуха в электричество

Стены могут стать источником энергии для маломощной электроники. Исследователи Бингемтонского университета представили бумажные «обои», которые поглощают влагу из воздуха и преобразуют её в электричество. Солнечный свет для их работы не нужен.

Разработка совмещает две функции: выработку электроэнергии и снижение влажности. По словам профессора Сокхына «Шона» Чоя, такой подход потенциально позволит сократить затраты энергии на удаление влаги системами отопления, вентиляции и кондиционирования.

Как влага создаёт электрический ток

Основу материала составляют миниатюрные генераторы, использующие влагу из окружающего воздуха. Поглощённая вода вызывает разделение ионов и создаёт градиент их концентрации. В результате между лицевой и обратной сторонами материала возникает напряжение.

Исследователи сосредоточились на работе внутри помещений, где условия стабильнее, чем на открытом воздухе. По их оценке, относительная влажность в большинстве домов находится в пределах 30–60%. Дополнительная влага поступает в воздух во время приготовления пищи, принятия душа и дыхания.

Для изготовления генераторов команда использовала «папертронику» — технологию печати электронных схем непосредственно на бумаге. По конструкции каждый элемент напоминает миниатюрную печатную плату.

Глицерин, нанесённый по краям, поглощает воду из воздуха. В центре расположен приподнятый полимерный слой с восковым рисунком. Он регулирует испарение и поддерживает направленное движение влаги, необходимое для непрерывной выработки тока.

Что показали испытания

Один элемент вырабатывал напряжение около 0,34 В при плотности мощности 2,2 мкВт/см² и относительной влажности 80%. Эти показатели получены при влажности выше указанного диапазона для жилых помещений.

Для демонстрации исследователи собрали лист «обоев» из 1596 взаимосвязанных элементов. Его мощности хватило для питания беспроводной клавиатуры без батарей. Все электрические соединения разместили на обратной стороне листа.

В отдельном испытании массив устройств снизил относительную влажность воздуха в тестовом помещении с 38 до 32%. Этот результат показывает, что материал может работать и как пассивный осушитель, однако сам по себе не подтверждает снижение энергопотребления систем кондиционирования в реальном доме.

Источник питания для маломощной электроники

Такие «обои» не предназначены для питания холодильника или другой крупной бытовой техники. Возможные применения — датчики температуры, системы мониторинга микроклимата, умные термостаты и другие устройства интернета вещей с низким энергопотреблением. Работу беспроводной клавиатуры исследователи уже продемонстрировали.

Если технология получит практическое применение, она может уменьшить потребность в сменных батарейках для части домашних устройств. Пока речь идёт об исследовательской разработке: возможность массового производства и экономия энергии в жилых помещениях ещё не подтверждены.

Результаты исследования опубликованы в научном журнале.

Фото: Binghamton University