کاغذدیواری هوشمندی که از رطوبت هوا برق تولید می‌کند
پژوهشگران دانشگاه بینگهمتون نوعی کاغذدیواری تولید کرده‌اند که می‌تواند از رطوبت موجود در هوای داخل خانه، مقدار کمی برق تولید و همزمان به تنظیم رطوبت محیط کمک کند. این فناوری که فعلاً در مرحله اثبات مفهوم قرار دارد، می‌تواند در آینده برای تأمین انرژی حسگرها، تجهیزات اینترنت اشیا و ابزارهای بی‌سیم مورد استفاده قرار گیرد.
به گزارش شهرآرانیوز؛ پژوهشگران دانشگاه بینگهمتون در آمریکا نوعی کاغذدیواری مولد برق طراحی کرده‌اند که با استفاده از رطوبت موجود در هوای داخل خانه، جریان الکتریکی تولید می‌کند. این فناوری علاوه بر تولید انرژی، می‌تواند به کاهش یا افزایش رطوبت محیط نیز کمک کند.
این پژوهش که در مجله Advanced Energy Materials منتشر شده، بر پایه فناوری موسوم به «ژنراتور برق مرطوب» انجام شده است؛ سامانه‌ای که رطوبت هوا را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند. نمونه‌های پیشین این فناوری عمدتاً برای محیط‌های باز طراحی شده بودند و توان بسیار محدودی تولید می‌کردند، ضمن اینکه تغییرات دما، باد و رطوبت عملکرد آنها را تحت تأثیر قرار می‌داد.
سئوخیون چوی، سرپرست این پژوهش، می‌گوید محیط داخلی خانه از این نظر شرایط مناسب‌تری دارد، زیرا میزان رطوبت معمولاً در محدوده نسبتاً ثابتی قرار دارد و فعالیت‌هایی مانند تنفس، پخت‌وپز و حمام نیز به افزایش رطوبت کمک می‌کنند.
کاغذدیواری چگونه برق تولید می‌کند؟
پژوهشگران برای ساخت این فناوری از کاغذ آزمایشگاهی واتمن با ضخامت حدود ۳۴۰ میکرومتر استفاده کردند. این کاغذ به مربع‌هایی با ابعاد ۲ در ۲ سانتی‌متر تقسیم شده که هرکدام سه ناحیه اصلی دارند.
در بخش بیرونی، گلیسرول قرار گرفته است؛ ماده‌ای که بخار آب موجود در هوا را جذب می‌کند و آن را به آب مایع تبدیل می‌کند. در بخش میانی نیز از پلی‌وینیل‌پیرولیدون (PVP) استفاده شده که به نگه‌داشتن آب و ایجاد منافذ ریز برای حرکت آن کمک می‌کند.
بخش مرکزی کاغذ با لایه‌ای از موم پوشانده شده است. این لایه مانند یک پوشش مقاوم در برابر آب عمل می‌کند، اما همچنان اجازه می‌دهد بخار آب از منافذ عبور کند. در نتیجه، آب از لبه‌های کاغذ وارد شده و بخار از قسمت مرکزی خارج می‌شود. همین جریان مداوم آب و بخار، شرایط لازم برای تولید جریان الکتریکی را فراهم می‌کند.
گروه‌های شیمیایی موجود در گلیسرول، سلولز و PVP نیز به آزاد شدن پروتون‌ها کمک می‌کنند. اختلاف تراکم این گروه‌ها میان لبه و مرکز کاغذ، جریان الکتریکی ایجاد می‌کند که توسط الکترود‌های گرافیتی جمع‌آوری می‌شود.
توان تولیدی هنوز محدود استخروجی الکتریکی این فناوری در شرایط فعلی بسیار محدود است. یک قطعه در رطوبت ۸۰ درصد حدود ۰.۳۴ ولت تولید کرد و اتصال ۱۰ قطعه به یکدیگر ولتاژ را به حدود ۲.۹ ولت رساند.
آرایه‌ای متشکل از ۳۵ قطعه توانست یک حسگر رطوبت را حدود ۱۵ دقیقه روشن نگه دارد. بزرگ‌ترین نمونه آزمایش‌شده نیز شامل ۱۵۹۶ قطعه بود که در رطوبت حدود ۳۸ درصد، ولتاژی معادل ۳.۵ ولت تولید کرد. این سامانه با کمک یک خازن توانست انرژی مورد نیاز یک صفحه‌کلید بی‌سیم را تأمین کند، هرچند پژوهشگران رقم دقیقی برای توان خروجی کلی نمونه ارائه نکرده‌اند.
این کاغذدیواری علاوه بر تولید برق، قابلیت تنظیم رطوبت نیز دارد. در یکی از آزمایش‌ها، ۲۸ قطعه کاغذ در محفظه‌ای بسته توانستند رطوبت را طی حدود چهار دقیقه از ۷۵ به ۵۰ درصد کاهش دهند. پس از اشباع شدن با آب نیز همین کاغذ توانست در محیطی خشک، رطوبت هوا را افزایش دهد.
در آزمایشی دیگر، یک آرایه بزرگ از این کاغذ‌ها در یک اتاق طی ۱۵ دقیقه رطوبت را از ۳۸ به ۳۲ درصد کاهش داد؛ با این حال پژوهشگران تأکید دارند که این نتیجه اولیه است و هنوز نمی‌توان درباره عملکرد پایدار و بلندمدت فناوری قضاوت کرد.
چوی معتقد است این فناوری می‌تواند در آینده کاربرد دوگانه‌ای داشته باشد؛ یعنی همزمان با کاهش نیاز به تجهیزات پرمصرف تهویه برای کنترل رطوبت، انرژی مورد نیاز برخی تجهیزات کوچک را نیز تأمین کند.
با وجود این، پژوهشگران تأکید دارند که هدف فعلی تولید برق برای مصارف بزرگ یا جایگزینی پنل‌های خورشیدی نیست. کاربرد واقع‌بینانه‌تر این فناوری، تأمین انرژی حسگر‌های محیطی، ماژول‌های بی‌سیم و تجهیزات اینترنت اشیاست.
در صورت اثبات دوام و پایداری این سامانه، دیوار‌های ساختمان‌ها می‌توانند در آینده به سطوحی تبدیل شوند که علاوه بر کنترل رطوبت، انرژی مورد نیاز حسگر‌های پایش کیفیت هوا و دیگر تجهیزات کم‌مصرف را نیز به‌صورت مستقل تأمین کنند.
منبع: ایسنا
ارسال نظرات
دیدگاه های ارسال شده توسط شما، پس از تائید توسط شهرآرانیوز در سایت منتشر خواهد شد.
نظراتی که حاوی توهین و افترا باشد منتشر نخواهد شد.
