Зарядка воздухом: Электричество может генерироваться из влажности воздуха, если подвергнуть два разных металла воздействию этого влажного воздуха. Затем крошечные капельки воды в воздушном транспорте заряжаются от одного металла к другому и создают напряжение, как показывает исследование. При тестировании на открытом воздухе такая «батарейка» из цинка и нержавеющей стали генерировала напряжение в один вольт.
Тот факт, что влажный воздух может заряжаться, можно наблюдать при каждой грозе: молния возникает из-за того, что в облаках образуются и разряжаются разности зарядов. Однако капли воды во влажном воздухе также могут передавать заряды от металлов, как показал несчастный случай в 1843 году: рабочий получил сильный удар электрическим током, потому что металлическая поверхность в комнате, заполненной водяным паром, стала заряженной.
Капли воды как переносчики заряда
Джуди Лакс и ее коллеги из Тель-Авивского университета сейчас демонстрируют, как это явление можно использовать на практике. «Известно, что во влажном воздухе поверхности теряют электростатический заряд», - объясняют исследователи. «Предыдущие эксперименты также показали, что некоторые металлы могут самопроизвольно заряжаться при уровне относительной влажности выше 50 процентов».
Этот эффект возникает из-за того, что ионы могут переходить с поверхности металла на мельчайшие капельки воды в воздухе и наоборот. В зависимости от типа металла одни поверхности заряжаются положительно, другие отрицательно. Идея исследователей: если объединить два металла, максимально отличающихся в этом отношении, разница зарядов может стать достаточно большой, чтобы генерировать напряжение.
Влажный воздух заряжает металлы
Для своего эксперимента исследователи поместили различные металлические образцы в цилиндр из хромированной латуни и подвергли их воздействию повышенной влажности. С помощью электрометра они измерили заряд в металле и в цилиндре. «Пока воздух был сухим, не было напряжения», - сообщает коллега Лакса Колин Прайс. «Но как только относительная влажность поднялась выше 60 процентов, между двумя изолированными металлическими поверхностями начало развиваться напряжение».
Наибольшее напряжение было у нержавеющей стали, цинка и алюминия - для этих металлов оно достигало 0,8-0,9 вольт. Чтобы максимизировать этот эффект, ученые затем сконструировали своего рода перезаряжаемую батарею: они положили лист цинка и лист нержавеющей стали друг на друга, разделенные бумагой, и скрутили все это в тугую спираль. Затем они снова подвергли их воздействию влажного воздуха и измерили напряжение.
Сочетание цинка и нержавеющей стали создает напряжение
Результат: «Асимметричные конденсаторы из цинка и нержавеющей стали самопроизвольно достигли напряжения в один вольт», - сообщают Лакс и ее коллеги. Когда они тестировали эти «аккумуляторы» в следующем эксперименте в течение трех дней под открытым небом на крыше института, простые металлические ролики также производили такое напряжение: каждую ночь, когда относительная влажность поднималась выше 60 процентов, металлы заряжались.
«Это доказывает, что такое накопление заряда работает и при нормальных условиях окружающей среды, пока влажность составляет более 60 процентов», - говорят исследователи. Эти условия соблюдаются большинством ночей даже в жарком климате, а во многих прибрежных районах влажность часто находится в этом диапазоне и днем.
Потенциал возобновляемого источника энергии
По мнению ученых, это явление может найти практическое применение: «Можно разработать батареи, которые заряжаются водяным паром из воздуха», - говорит Прайс. «Существует уже много возможных применений для 1,5-вольтовых батарей.» Все еще необходимо выяснить, как эти водяные батареи могут быть лучше всего объединены для создания более высоких напряжений. Но они видят в таких батареях потенциал.
«Например, это может быть возобновляемый и легкодоступный источник энергии в развивающихся странах, где многие населенные пункты еще не подключены к сети», - объясняет Прайс.