Los científicos están buscando formas de utilizar la energía de bajo valor ampliamente distribuida en entornos naturales para generar electricidad. Un equipo de investigación ha creado un generador de energía que recoge la humedad atmosférica natural y produce señales eléctricas continuas. Este es el primer generador de humedad diseñado con un material de tamaño nanométrico llamado polioxometalatos. Tiene el potencial de ser una nueva dirección de investigación para los polioxometalatos en la utilización sostenible de energía de bajo valor.

El trabajo del equipo se publica en Nano Research .

El equipo se propuso resolver el problema de la discontinuidad en el funcionamiento de los dispositivos de conversión de energía. Buscaban abordar la escasez de materiales de generación de energía con humedad atmosférica y el rendimiento limitado de los materiales. "Queríamos comprender el proceso de conversión de la energía de la humedad atmosférica en energía eléctrica y el papel de los polioxometalatos en la generación de energía de la humedad atmosférica", dijo Weilin Chen, profesor del Departamento de Química de la Universidad Normal del Noreste.

Los polioxometalatos, conocidos como POM, tienen una morfología y propiedades funcionales especiales, que los hacen muy útiles en la síntesis controlable, el ensamblaje y la investigación del rendimiento. Son una clase versátil de materiales moleculares inorgánicos. Los nanomateriales POM pueden autoensamblarse para formar estructuras microporosas capaces de recoger la humedad atmosférica.

También son respetuosos con el medio ambiente, con gran estabilidad en entornos luminosos, térmicos y químicos. Los científicos esperan que los nanomateriales POM sean los materiales con el potencial de utilizar eficazmente la humedad atmosférica.

El equipo construyó POM en grupos orgánicos de polioxoaniones de amonio. Los grupos se ensamblaron en películas delgadas generadoras de energía con poros diminutos de tamaño nanométrico llamados microporos, que son capaces de funcionar en condiciones de humedad atmosférica. Su pequeño generador POM producía un voltaje de 0,68 V, era estable y trabajaba continuamente en entornos casi totalmente naturales, con una humedad atmosférica que oscilaba entre el 10 y el 90 por ciento.

El generador de humedad atmosférica de POM funciona mientras los nanoclusters de POM absorben espontáneamente la humedad atmosférica con los microporos de las películas de nanocables de POM. Forman un gradiente de distribución de agua que es la base estructural de la generación de energía. El generador POM ha demostrado tener una alta estabilidad y un rendimiento de generación de energía continua.

El equipo determinó que el generador de energía POM puede recolectar efectivamente la humedad atmosférica natural y producir señales eléctricas continuas mediante la distribución desigual y el movimiento direccional de los iones. Este trabajo proporciona nuevas ideas para el uso continuo de energía de bajo valor y un nuevo ángulo de investigación para la química de polioxometalatos.

Ha habido una necesidad urgente de desarrollar una energía continua de bajo valor en un entorno natural. En investigaciones anteriores, los científicos han creado dispositivos que recolectan y utilizan energía de bajo valor. Pero estos dispositivos han sido limitados porque la energía de bajo valor es intermitente e inestable. En los últimos años, los científicos han avanzado en el uso de la energía de la humedad atmosférica. Pero el generador POM del equipo es el primer generador de humedad que produce energía continua.

Este generador de POM tiene muchas aplicaciones potenciales, como la detección de procesos respiratorios humanos; la detección, registro y alarma de humedad ambiental; la integración con aparatos eléctricos para lograr un suministro eléctrico continuo de los equipos; y satisfacer las necesidades de electricidad de múltiples escenarios.

"El mensaje más importante es que la generación continua de energía utilizando la humedad atmosférica se ha logrado mediante el diseño y la modificación de nanomateriales POM, y el mecanismo de generación de energía de la humedad atmosférica se ha entendido profundamente mediante el uso de las características de los nanomateriales POM", dijo Chen. /P>

De cara al futuro, el equipo espera mejorar la eficiencia de la generación de energía de la humedad atmosférica mediante la detección y optimización de materiales. Quieren lograr una comprensión más profunda del proceso de generación de energía de la humedad atmosférica.

"El objetivo final es lograr el uso eficiente de los generadores de humedad para promover el desarrollo sostenible de la energía y el medio ambiente mediante la exploración del mecanismo que optimiza la eficiencia del generador de humedad", dijo Chen.

Más información: Tuo Ji et al, Polioxometalatos para la generación continua de energía mediante la humedad atmosférica, Nano Research (2023). DOI:10.1007/s12274-023-5959-5

Información de la revista: Nanoinvestigación

Proporcionado por Tsinghua University Press