Tehnologia este un dispozitiv hidrovoltaic la nanoscală – o clasă de tehnologie care recoltează electricitate din mișcarea determinată de evaporare a moleculelor de apă și a ionilor dizolvați pe suprafețe proiectate.
Sistemul se bazează pe o lucrare anterioară a aceluiași grup, publicată în 2024, în care cercetătorii au creat o platformă experimentală pentru a studia în detaliu efectul hidrovoltaic. Configurația inițială a cuprins o rețea hexagonală de nanopiloni de siliciu separați de canale minuscule prin care apa se putea evapora.
A demonstrat că, atunci când apa se mișcă și se evaporă prin nanostructuri încărcate, ionii dizolvați se pot reorganiza, creând efecte electrice măsurabile la suprafață. La acea vreme, platforma era în primul rând un instrument de cercetare, mai degrabă decât o sursă practică de energie.
În noul studiu din 2026, publicat în Nature Communications , echipa a transformat acest concept într-un generator de electricitate funcțional cu trei straturi, care valorifică evaporarea, căldura și lumina soarelui. Potrivit echipei, rezultatul este un dispozitiv capabil să producă o putere stabilă și continuă, egalând sau depășind în același timp performanța sistemelor hidrovoltaice comparabile.
Dispozitivul este construit în jurul a trei regiuni funcționale, fiecare responsabilă pentru o etapă diferită a procesului de conversie a energiei: o interfață superioară de evaporare, o regiune mijlocie de transport al ionilor și un electrod inferior nanostructurat pe bază de siliciu.
La interfața superioară, apa se evaporă treptat în aer, creând un flux continuu ascendent de lichid spre suprafață. Pe măsură ce moleculele de apă părăsesc mediul sub formă de vapori, ionii dizolvați, cum ar fi sodiul (Na⁺) și clorura (Cl⁻), sunt redistribuiți în lichidul rămas, creând concentrații inegale de ioni și diferențe de potențial chimic în întregul sistem. Această mișcare a ionilor, determinată de evaporare, contribuie la separarea sarcinii și la generarea de tensiune în cadrul dispozitivului.
În partea de jos a sistemului se află un electrod de siliciu nanostructurat, compus din nanopiloni de siliciu acoperiți cu oxid. Când lichidul intră în contact cu aceste suprafețe încărcate, ionii se reorganizează în apropierea interfeței, formând un strat dublu electric – o regiune nanoscalară de separare a sarcinii între suprafața solidă și lichidul înconjurător.
Reacțiile chimice de suprafață, distribuția ionilor în această regiune interfacială și diferențele de potențial electrochimic rezultate joacă un rol central în puterea electrică a dispozitivului.
Fără lumina soarelui, dispozitivul poate genera în continuare energie hidrovoltaică doar prin evaporare, dar la niveluri semnificativ mai scăzute. Cu toate acestea, cercetătorii spun că performanța a crescut de cinci ori datorită căldurii și luminii suplimentare provenite de la lumina soarelui. Stratul inferior este fabricat din siliciu, un semiconductor care generează purtători de sarcină mobili atunci când este expus la lumină. Când fotonii de la soare lovesc suprafața siliciului, electronii din interiorul materialului devin energizați și se pot mișca mai liber.
Câmpul electric creat de dezechilibrul ionic ajută la deplasarea electronilor excitați printr-un circuit extern, generând un curent electric utilizabil.
Căldura îmbunătățește și mai mult performanța în două moduri. În primul rând, accelerează evaporarea, crescând transportul ionilor prin stratul lichid. În al doilea rând, modifică comportamentul sarcinii la interfața de siliciu, consolidând efectele electrice de suprafață implicate în generarea de energie.
Aceste efecte combinate la nivelul dispozitivului duc la o putere electrică măsurabilă. În teste, dispozitivul atinge o tensiune în circuit deschis de aproximativ 1 volt și o densitate de putere de 0,25 wați pe metru pătrat (10,76 picioare pătrate) în condiții optime.
Producția este mică în comparație cu panourile solare comerciale, care pot genera sute de wați pe metru pătrat. Cu toate acestea, tehnologia nu este dezvoltată ca o sursă convențională de energie electrică regenerabilă. Adevărata sa promisiune constă în senzorii fără baterii, sistemele de monitorizare de la distanță, nodurile agricole inteligente, electronica purtabilă și dispozitivele Internet of Things implementate în medii în care apa, căldura și lumina soarelui sunt disponibile în mod natural. Pentru astfel de electronice autonome cu consum redus de energie, rezultatele testelor sunt semnificative.
About the Author
