Какими бы прогрессивными и эффективными ни становились солнечные батареи в наши дни, они все же оказываются абсолютно бесполезными, когда над ними собираются тучи. Эта проблема скоро может быть разрешена благодаря гибридной батарее, которая сможет производить электричество как из солнечной энергии, так и из дождевых капель.
Главным элементом такой батареи является трибоэлектрический наногенератор (ТЭНГ): устройство, которое создает электрический заряд в результате трения двух материалов друг о друга. Как и в случае со статическим электричеством – все дело в движении электронов.
ТЭНГ может извлекать энергию из автомобильных шин, касающихся дороги, контактирующих друг с другом тканей или, как в нашем случае, из падения капель дождя на панель солнечной батареи. Именно такую батарею, работающую на солнце и дожде, разработали ученые из Сучжоуского университета в Китае.
«Наша разработка демонстрирует новый путь использования энергии в разных погодных условиях,» — пишут исследователи в своей статье.
Несмотря на то, что использование ТЭНГ в этой сфере не является новым открытием, основная сложность состояла в разработке не слишком запутанной и громоздкой системы. Ученые решили использовать два полимерных слоя для создания такого наногенератора и поместили его поверх фотоэлектрической ячейки.
Аналогично использованию «бороздок» на DVD дисках для записи информации – исследователи добавили борозды на поверхность одного полимерного слоя, чтобы увеличить его производительность.
В испытаниях такой текстурированный слой полимера выступал в роли электрода как для ТЭНГ, так и для лежащей под ним солнечной батареи, проводя электричество между двумя устройствами, когда о них ударялась дождевая капля и приводила в контакт оба слоя.
Так как дополнительные слои являются прозрачными, луч солнечного света все равно может быть захвачен устройством, хотя и не в таком объеме, какой возможен при отсутствии полимерных слоев поверх солнечной панели.
Следующей задачей станет увеличение количества вырабатываемого электричества для того, чтобы устройство было коммерчески выгодным для компаний. Стоит, однако, признать, что возможность реализации идеи была доказана. Получение даже небольшого количества энергии во время дождя – это огромный шаг вперед для всего научного мира.
Как было упомянуто ранее, разные ученые уже давно работали над осуществлением этой идеи. К примеру, в 2016 году команда из Океанологического университета Китая сумела сгенерировать электричество из дождевых капель, падающих на солнечную батарею, путем добавления к системе слоя графена.
Отделяя положительно заряженные ионы в дождевых каплях, ученые смогли добиться их прикрепления к графену, который из-за разностей зарядов на своих поверхностях, начинал работать как электрохимический суперконденсатор (ионистор). Таким образом, учёным удалось создать электричество из капель дождя, используя принцип разделения зарядов. Главным препятствием в этом исследовании было производство такого количества энергии, при котором можно было бы переместить испытания за пределы лаборатории. И все же, мы все ближе и ближе подходим к моменту, когда солнечные батареи смогут работать, используя не только энергию солнца.
Самое замечательное – дождь может идти и ночью. Поэтому однажды мы придем к тому, что солнечные электростанции будут работать в любое время суток, любую погоду, привнося свой огромный вклад в развитие возобновляемой энергетики.
Разработки были опубликованы в журнале ACS Nano.