Ученые выяснили, что самая обычная хлопковая ткань может сама вырабатывать электричество, просто «дыша» влагой из воздуха. Такой материал работает и днем, и ночью, не нуждается в батарейках и питает простые электронные устройства. В экспериментах ткань без перерывов зажигала светодиоды и держала стабильное напряжение даже в темноте.
Вся разгадка в том, чем обработаны волокна хлопка. Ткань покрывают двумя разными полимерами. Один активно поглощает свет, быстро нагревается и ускоряет испарение воды. Второй, наоборот, отражает часть излучения и дольше удерживает влагу. Этот слой наносят только на половину ткани, поэтому одна сторона все время остается более влажной, а другая постоянно подсыхает.
Из-за такого контраста внутри волокон возникает непрерывное движение ионов по микроскопическим каналам хлопка. Именно благодаря такому процессу энергия и превращается в электрический ток. Система устроена так, что не «залипает» на избыточной влаге и не теряет работоспособность при ее недостатке. Даже ночью ткань продолжает вырабатывать энергию за счет влажности воздуха.
Если глубже заглянуть в химические процессы, то вот как все выглядит. Обычный хлопок погружают в раствор с мономерами пиррола. Прямо на волокнах формируется тонкий проводящий слой темного цвета, хорошо поглощающий свет. Затем половину ткани выдерживают в растворе дофамина, где появляется ультратонкая пленка с другими тепловыми свойствами. Разница температур между сторонами усиливает испарение и поддерживает стабильный поток зарядов.
При освещенности около 1000 Вт/м² и влажности 43% несколько соединенных фрагментов ткани давали напряжение до 1,18 В. Ночью при влажности 52% показатель снижался до 0,72 В, но этого все равно хватало для работы маломощных устройств. Во время тестов такие системы непрерывно работали больше суток.
Особенно перспективной технология выглядит для носимой электроники. В экспериментах с жилетом ткань вырабатывала больше энергии во время движения, когда к влаге воздуха добавлялся пот. Этого хватало для зарядки конденсаторов, работы светодиодов и беспроводных гаджетов. Материал спокойно переносил сгибание, трение и стирку без заметной потери эффективности.
В России тоже есть свои похожие разработки. Ученые из СПбГУПТД вместе с коллегами создали особую ткань, которая генерирует электричество, когда нагревается. В основе технологии — фоточувствительные нити из специального углеродного волокна, очень тонкие (примерно 6-10 мкм в диаметре), которые при воздействии тепла и излучения выдают электрический ток. Такой материал тоже работает от тепла тела или солнца, а не от батареек.
Ранее мы писали о способе продлить срок службы проточных батарей.
