Vågenergiteknik är en beprövad källa till kraftgenerering, men det finns kraft i varje vätskemolekyl på jorden, även när vätskan är i vila. På molekylär skala rör sig atomer och joner alltid. Om denna rörelse i nanoskala kan skördas kan den vara en stor energikälla.
"Det finns enorma mängder luft och vätska på jorden, och deras framgångsrika skörd kan producera en gigantisk mängd energi för samhället", sa författaren Yucheng Luan.
Luan och hans medarbetare testade en anordning för skörd av molekylär energi som fångar energin från den naturliga rörelsen av molekyler i en vätska. Deras arbete visade att molekylär rörelse kan användas för att generera en stabil elektrisk ström. Deras arbete, "Molecular thermal motion harvester for electricity conversion," publicerades i APL Materials .
För att skapa enheten, nedsänkte forskarna nanoarrayer av piezoelektriskt material i vätska, vilket gjorde att vätskans rörelse kunde flytta strängarna som tång som vinkar i havet, förutom i det här fallet är rörelsen på den osynliga, molekylära skalan, och strängarna är gjord av zinkoxid. Zinkoxidmaterialet valdes för dess piezoelektriska egenskaper, vilket innebär att när det vågar, böjs eller deformeras under rörelse, genererar det elektrisk potential.
"Som ett väl studerat piezoelektriskt material kan zinkoxid enkelt syntetiseras till olika nanostrukturer, inklusive nanowhiskers," sa Luan. "En nanowhisker är en snygg och välordnad struktur av många nanotrådar, liknande borsten på en tandborste."
Deras energiskördare kan användas för att driva nanoteknik som implanterbar medicinsk utrustning, eller så kan de skalas till fullstora generatorer och energiproduktion i kilowattskala. En viktig designfunktion hos enheten är att den inte förlitar sig på några yttre krafter, vilket ökar dess potential som en ren energikälla som förändrar spelet.
"Molekylära termiska rörelseskördare behöver ingen extern stimulering, vilket är en stor fördel jämfört med andra energiskördare," sa Luan.
"För närvarande erhålls elektrisk energi huvudsakligen av extern energi, såsom vindenergi, vattenkraft, solenergi och andra. Detta arbete öppnar för möjligheten att generera elektrisk energi genom vätskors molekylära termiska rörelse, från den inre energin av det fysiska systemet som skiljer sig väsentligt från vanlig mekanisk rörelse."
Författarna arbetar redan med nästa fas av sin design för att förbättra enhetens energitäthet genom att testa olika vätskor, högpresterande piezoelektriska material och nya enhetsarkitekturer och genom att förstora enheten.
"Vi tror att den här nya typen av system kommer att bli ett oumbärligt sätt för människor att få elektrisk energi inom en snar framtid."
Mer information: Molekylär termisk rörelseskördare för elkonvertering, APL-material (2023). DOI:10.1063/5.0169055
Journalinformation: APL-material
Tillhandahålls av American Institute of Physics
