L'acqua come vettore energetico
Il silicio nanoporoso genera elettricità dall'attrito con l'acqua
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Un gruppo di ricerca europeo che coinvolge l'Università di Tecnologia di Amburgo (TUHH) e il Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY ha sviluppato un nuovo metodo per convertire l'energia meccanica in elettricità, utilizzando come fluido di lavoro attivo l'acqua confinata in pori di dimensioni nanometriche del silicio.
In uno studio pubblicato su Nano Energy (Elsevier), scienziati del CIC energiGUNE (Spagna), dell'Università di Ferrara (Italia), dell'Università di Tecnologia di Amburgo (TUHH) e del DESY (Germania), dell'Università della Slesia di Katowice (Polonia), e l'Università Tecnica di Riga (Lettonia) - sostenuti dal Cluster di Eccellenza "BlueMat - Water-Driven Materials" - dimostrano che l'intrusione e l'estrusione ciclica di acqua in monoliti di silicio nanoporosi idrorepellenti può produrre energia elettrica misurabile.
L'elettricità viene generata nei pori del silicio esclusivamente attraverso l'attrito causato dalla pressione e dall'acqua. La tecnologia è adatta per l'uso in aree soggette ad alta pressione meccanica, come gli ammortizzatori dei veicoli.
TU Hamburg, DESY, Künsting
Elettricità generata dall'attrito in minuscoli pori
Il sistema sviluppato, noto come nanogeneratore triboelettrico a intrusione-estrusione (IE-TENG), utilizza la pressione per forzare ripetutamente l'acqua a entrare e uscire dai pori su scala nanometrica. Durante questo processo, si genera una carica all'interfaccia tra il solido e il liquido. Si tratta di un tipo di elettricità per attrito che si verifica spesso nella vita quotidiana. Un esempio che tutti conoscono: camminare su un tappeto in PVC con le scarpe. Gli elettroni si trasferiscono da un corpo all'altro, accumulando una carica che si scarica improvvisamente quando viene toccato un terzo corpo. Ad esempio, toccando la maniglia di una porta, la carica scorre via e si riceve una piccola scossa elettrica. L'efficienza di conversione energetica raggiunta, pari al 9%, è tra le più alte mai registrate per i nanogeneratori solido-liquido. "Anche l'acqua pura, se confinata su scala nanometrica, può consentire la conversione di energia", afferma il Prof. Patrick Huber, portavoce del BlueMat - Water-Driven Materials Excellence Cluster dell'Università di Tecnologia di Amburgo (TUHH) e del DESY. Il Dr. Luis Bartolomé (CIC energiGUNE) aggiunge: "La combinazione del silicio nanoporoso con l'acqua consente di ottenere una fonte di energia efficiente e riproducibile - senza materiali esotici, ma semplicemente utilizzando il semiconduttore più abbondante sulla terra, il silicio, e il liquido più abbondante, l'acqua".
La chiave è la progettazione dei materiali
"Un passo cruciale è stato lo sviluppo di strutture di silicio progettate con precisione, che sono contemporaneamente conduttive, nanoporose e idrofobe", spiega il dottor Manuel Brinker dell'Università di Tecnologia di Amburgo. "Questa architettura ci permette di controllare il movimento dell'acqua all'interno dei pori, rendendo il processo di conversione energetica stabile e scalabile". Questa tecnologia apre la strada a sistemi di sensori autonomi e privi di manutenzione, ad esempio per il rilevamento dell'acqua, il monitoraggio dello sport e della salute negli indumenti intelligenti o la robotica aptica, in cui il tocco o il movimento generano direttamente un segnale elettrico. "I materiali azionati dall'acqua segnano l'inizio di una nuova generazione di tecnologie autosufficienti", sottolineano gli autori corrispondenti, il professor Simone Meloni (Università di Ferrara) e il dottor Yaroslav Grosu (CIC energiGUNE).
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Pubblicazione originale
Luis Bartolomé, Nicola Verziaggi, Manuel Brinker, Eder Amayuelas, Sebastiano Merchori, Mesude Z. Arkan, Raivis Eglītis, Andris Šutka, Mirosław Chorążewski, Patrick Huber, Simone Meloni, Yaroslav Grosu; "Triboelectrification during non-wetting liquids intrusion–extrusion in hydrophobic nanoporous silicon monoliths"; Nano Energy, Volume 146
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