Les scientifiques recherchent des moyens d’utiliser l’énergie de faible valeur largement distribuée dans les environnements naturels pour produire de l’électricité. Une équipe de recherche a créé un générateur d'énergie qui collecte l'humidité atmosphérique naturelle et produit des signaux électriques continus. Il s'agit du premier générateur d'humidité conçu à partir d'un matériau de taille nanométrique appelé polyoxométalates. Il a le potentiel de constituer une nouvelle direction de recherche pour les polyoxométalates dans l'utilisation durable de l'énergie de faible valeur.

Les travaux de l'équipe sont publiés dans Nano Research .

L'équipe a entrepris de résoudre le problème de la discontinuité dans le fonctionnement des dispositifs de conversion d'énergie. Ils ont cherché à remédier à la pénurie de matériaux de production d’électricité à humidité atmosphérique et aux performances limitées des matériaux. "Nous voulions comprendre le processus de conversion de l'énergie de l'humidité atmosphérique en énergie électrique et le rôle des polyoxométalates dans la production d'électricité liée à l'humidité atmosphérique", a déclaré Weilin Chen, professeur au département de chimie de la Northeast Normal University.

Les polyoxométalates, appelés POM, ont une morphologie et des propriétés fonctionnelles particulières, qui les rendent très utiles dans la synthèse, l'assemblage et la recherche de performances contrôlables. Il s’agit d’une classe polyvalente de matériaux moléculaires inorganiques. Les nanomatériaux POM peuvent s'auto-assembler pour former des structures microporeuses capables de collecter l'humidité atmosphérique.

Ils sont également respectueux de l’environnement, avec une grande stabilité à la lumière, à la chaleur et aux environnements chimiques. Les scientifiques s'attendent à ce que les nanomatériaux POM soient des matériaux capables d'utiliser efficacement l'humidité atmosphérique.

L’équipe a construit des POM en grappes organiques d’ammonium-polyoxoanion. Les clusters ont été assemblés en générateurs d’énergie à couches minces dotés de minuscules pores de taille nanométrique appelés micropores, capables de fonctionner dans l’humidité atmosphérique. Leur petit générateur POM produisait une tension de 0,68 V, était stable et fonctionnait en continu dans des environnements presque entièrement naturels, avec une humidité atmosphérique allant de 10 % à 90 %.

Le générateur d'humidité atmosphérique POM fonctionne lorsque les nanoclusters POM absorbent spontanément l'humidité atmosphérique avec les micropores des films de nanofils POM. Ils forment un gradient de répartition de l’eau qui constitue la base structurelle de la production d’électricité. Le générateur POM s'est avéré avoir une grande stabilité et des performances de production d'énergie continue.

L'équipe a déterminé que le générateur d'énergie POM peut collecter efficacement l'humidité atmosphérique naturelle et produire des signaux électriques continus grâce à la distribution inégale et au mouvement directionnel des ions. Ce travail fournit de nouvelles idées pour l'utilisation continue d'énergie de faible valeur et un nouvel angle de recherche pour la chimie des polyoxométalates.

Il est urgent de développer une énergie continue de faible valeur dans un environnement naturel. Dans le cadre de recherches antérieures, les scientifiques ont créé des dispositifs qui collectent et utilisent une énergie de faible valeur. Mais ces dispositifs ont été limités car l’énergie de faible valeur est intermittente et instable. Ces dernières années, les scientifiques ont progressé dans l’utilisation de l’énergie de l’humidité atmosphérique. Mais le générateur POM de l'équipe est le premier générateur d'humidité à produire une énergie continue.

Ce générateur POM a de nombreuses applications potentielles, telles que la détection des processus respiratoires humains; la détection, l'enregistrement et l'alarme de l'humidité environnementale ; l'intégration avec des appareils électriques pour obtenir une alimentation électrique continue des équipements ; et répondre aux besoins en électricité de plusieurs scénarios.

"Le message le plus important est que la production continue d'énergie utilisant l'humidité atmosphérique a été obtenue grâce à la conception et à la modification de nanomatériaux POM, et que le mécanisme de production d'énergie à base d'humidité atmosphérique a été profondément compris grâce à l'utilisation des caractéristiques des nanomatériaux POM", a déclaré Chen. /P>

Pour l’avenir, l’équipe espère améliorer l’efficacité de la production d’électricité à base d’humidité atmosphérique en sélectionnant et en optimisant les matériaux. Ils souhaitent parvenir à une compréhension plus approfondie du processus de production d'électricité à base d'humidité atmosphérique.

"L'objectif ultime est de parvenir à une utilisation efficace des générateurs d'humidité pour promouvoir le développement durable de l'énergie et de l'environnement en explorant le mécanisme qui optimise l'efficacité du générateur d'humidité", a déclaré Chen.

Plus d'informations : Tuo Ji et al, Polyoxométalates pour la production continue d'énergie en fonction de l'humidité atmosphérique, Nano Research (2023). DOI :10.1007/s12274-023-5959-5

Informations sur le journal : Nanorecherche

Fourni par Tsinghua University Press