Os cientistas estão procurando maneiras de usar a energia de baixo valor amplamente distribuída em ambientes naturais para gerar eletricidade. Uma equipe de pesquisa criou um gerador de energia que coleta a umidade atmosférica natural e produz sinais elétricos contínuos. Este é o primeiro gerador de umidade projetado usando um material nanométrico chamado polioxometalatos. Tem o potencial de ser uma nova direção de pesquisa para polioxometalatos na utilização sustentável de energia de baixo valor.



O trabalho da equipe está publicado na Nano Research .

A equipe se propôs a solucionar o problema da descontinuidade no funcionamento dos dispositivos de conversão de energia. Eles procuraram resolver a escassez de materiais de geração de energia com umidade atmosférica e o limitado desempenho projetável dos materiais. "Queríamos entender o processo de conversão da energia da umidade atmosférica em energia elétrica e o papel dos polioxometalatos na geração de energia da umidade atmosférica", disse Weilin Chen, professor do Departamento de Química da Northeast Normal University.

Os polioxometalatos, conhecidos como POMs, possuem morfologia e propriedades funcionais especiais, o que os torna muito úteis em síntese controlável, montagem e pesquisa de desempenho. Eles são uma classe versátil de materiais moleculares inorgânicos. Os nanomateriais POM podem se automontar para formar estruturas microporosas capazes de coletar umidade atmosférica.

Eles também são ecologicamente corretos, com grande estabilidade em ambientes luminosos, térmicos e químicos. Os cientistas esperam que os nanomateriais POM sejam os materiais com potencial para utilizar efetivamente a umidade atmosférica.

A equipe construiu POMs em aglomerados orgânicos de polioxoânion de amônio. Os aglomerados foram montados em geradores de energia de filmes finos com minúsculos poros de tamanho nanométrico, chamados microporos, que são capazes de funcionar na umidade atmosférica. Seu minúsculo gerador POM produzia uma voltagem de 0,68 V, era estável e funcionava continuamente em ambientes quase totalmente naturais, com umidade atmosférica variando de 10% a 90%.

O gerador de umidade atmosférica POM funciona enquanto os nanoclusters POM absorvem espontaneamente a umidade atmosférica com os microporos em filmes de nanofios POM. Eles formam um gradiente de distribuição de água que é a base estrutural da geração de energia. O gerador POM provou ter alta estabilidade e desempenho contínuo de geração de energia.

A equipe determinou que o gerador de energia POM pode coletar efetivamente a umidade atmosférica natural e produzir sinais elétricos contínuos pela distribuição desigual e movimento direcional dos íons. Este trabalho fornece novas idéias para o uso contínuo de energia de baixo valor e um novo ângulo de pesquisa para a química dos polioxometalatos.

Tem havido uma necessidade urgente de desenvolver uma energia contínua de baixo valor num ambiente natural. Em pesquisas anteriores, os cientistas criaram dispositivos que coletam e utilizam energia de baixo valor. Mas estes dispositivos têm sido limitados porque a energia de baixo valor é intermitente e instável. Nos últimos anos, os cientistas fizeram progressos no uso da energia da umidade atmosférica. Mas o gerador POM da equipe é o primeiro gerador de umidade a produzir energia contínua.

Este gerador POM tem muitas aplicações potenciais, como a detecção de processos respiratórios humanos; a detecção, registro e alarme de umidade ambiental; a integração com aparelhos elétricos para obter fornecimento contínuo de energia aos equipamentos; e atender às necessidades de eletricidade de vários cenários.

"A mensagem mais importante é que a geração contínua de energia usando umidade atmosférica foi alcançada através do projeto e modificação de nanomateriais POMs, e o mecanismo de geração de energia de umidade atmosférica foi profundamente compreendido usando as características dos nanomateriais POMs", disse Chen.

Olhando para o futuro, a equipe espera melhorar a eficiência da geração de energia pela umidade atmosférica, selecionando e otimizando materiais. Eles desejam obter uma compreensão mais profunda do processo de geração de energia pela umidade atmosférica.

"O objetivo final é alcançar o uso eficiente dos geradores de umidade para promover o desenvolvimento sustentável da energia e do meio ambiente, explorando o mecanismo que otimiza a eficiência do gerador de umidade", disse Chen.

Mais informações: Tuo Ji et al, Polioxometalatos para geração contínua de energia por umidade atmosférica, Nano Research (2023). DOI:10.1007/s12274-023-5959-5
Informações do diário: Nanopesquisa

Fornecido pela Imprensa da Universidade de Tsinghua