Вчені вперше створили генератор електрики, що працює від вологи на основі горіхової шкаралупи, який здатний виробляти електрику з взаємодії води та органічного матеріалу. Результати роботи опубліковані в журналі Energy & Environmental Materials.
Дослідники використовували шкаралупу мигдалю, фундука, пекана і волоського горіха, багату на пори і гідрофільні групи. При контакті з водою ці мікроканали запускають гідровольтаїчний ефект — рух іонів під дією випаровування і капілярних сил, що призводить до генерації електричного струму. Пристрій зі шкаралупи волоського горіха показав стабільну напругу понад 600 мВ і щільність потужності понад 5,9 мкВт/см², що працює протягом тижня.
Отже, як же це працює? Вчені експериментували з різними видами горіхів — мигдалем, фундуком, пеканом і волоським горіхом. Виявляється, їхні шкаралупи не просто тверді, вони мають крихітні, невидимі оку отвори, схожі на губку — це "пори". А ще, поверхня цих шкаралуп дуже "любить" воду — такі властивості називають "гідрофільними групами". Коли вода торкається шкаралупи, вона, завдяки цим порам та "любові" до води, починає рухатися по крихітних канальцях. Це як вода, що підіймається по соломинці або по стовбуру дерева — це називається "капілярними силами". Коли вода рухається і випаровується, вона забирає з собою маленькі заряджені частинки, які називаються "іонами". Цей рух іонів і створює електричний струм — це і є той самий "гідровольтаїчний ефект". Грубо кажучи, вода, рухаючись і випаровуючись, ніби тре шкаралупу, створюючи електрику. Пристрій, зроблений зі шкаралупи волоського горіха, виявився найефективнішим, виробляючи невелику, але стабільну кількість електрики (600 мілівольт — приблизно половина стандартної батарейки ААА) протягом цілого тижня. Цього достатньо для живлення дуже маленьких пристроїв.
Після хімічної обробки (зокрема, травлення гідроксидом калію) продуктивність зросла: напруга досягла 1,21 В, а максимальна щільність струму короткого замикання — 347,2 μА/см², що перевищує показники більшості органічних і неорганічних аналогів. Дві такі установки, з'єднані разом, змогли живити LCD-калькулятор без додаткових перетворювачів.
Вчені не зупинилися на досягнутому і вирішили зробити свої "горіхові" генератори ще кращими! Вони обробили шкаралупу спеціальною хімічною речовиною (названою "гідроксидом калію"), яка, ймовірно, зробила її пори ще доступнішими або змінила її поверхню так, щоб вона краще взаємодіяла з водою. Після цієї "хімічної бані" продуктивність пристрою значно зросла: він став виробляти майже вдвічі більше електрики (1,21 Вольта — це вже майже як стандартна батарейка ААА, але з однієї шкаралупи!). Більше того, за цими показниками він перевершив багато інших "зелених" джерел енергії, виготовлених як з органічних, так і з неорганічних матеріалів. Щоб довести його практичність, вони з'єднали два таких покращених генератори зі шкаралупи, і ці два "горіхових" пристрої змогли без проблем живити звичайний калькулятор з рідкокристалічним дисплеєм.
За словами авторів, технологія демонструє, як аграрні відходи — звичайна горіхова шкаралупа — можуть стати доступним і екологічним джерелом енергії для живлення невеликих електронних пристроїв. У перспективі такі генератори зможуть використовувати вологу, дощову воду або навіть морську воду, відкриваючи нові можливості для розвитку стійкої енергетики.
