팀은 자연 대기 습도에서 작동하는 발전기를 만듭니다.

2023년 8월 4일

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과학자들은 자연환경에 널리 분포되어 있는 저부가가치 에너지를 전기 생산에 활용하는 방법을 찾고 있습니다. 연구팀이 자연 대기 습도를 모아 지속적인 전기 신호를 생성하는 발전기를 만들었습니다. 이것은 폴리옥소메탈레이트(Polyoxometalates)라는 나노 크기의 물질을 사용하여 설계된 최초의 습도 발생기입니다. 이는 저부가가치 에너지의 지속 가능한 활용에 있어 폴리옥소메탈레이트에 대한 새로운 연구 방향이 될 가능성이 있습니다.

팀의 연구는 Nano Research에 게재되었습니다.

연구팀은 에너지 변환 장치 작동의 불연속성 문제를 해결하기 위해 나섰습니다. 그들은 대기 습도 발전 재료의 부족과 재료의 제한된 설계 성능을 해결하려고 노력했습니다. Northeast Normal University 화학과 교수인 Weilin Chen은 "우리는 대기 습도 에너지를 전기 에너지로 전환하는 과정과 대기 습도 발전에서 폴리옥소메탈레이트의 역할을 이해하고 싶었습니다."라고 말했습니다.

POM으로 알려진 폴리옥소메탈레이트는 특별한 형태와 기능적 특성을 갖고 있어 제어 가능한 합성, 조립 및 성능 연구에 매우 유용합니다. 이는 다양한 종류의 무기 분자 물질입니다. POM 나노물질은 자가 조립되어 대기 습도를 수집할 수 있는 미세 다공성 구조를 형성할 수 있습니다.

또한 빛, 열, 화학적 환경에서도 안정성이 뛰어나 환경 친화적입니다. 과학자들은 POM 나노재료가 대기 습도를 효과적으로 활용할 수 있는 잠재력을 가진 재료라고 기대하고 있습니다.

팀은 POM을 유기 암모늄-폴리옥소음이온 클러스터로 구성했습니다. 클러스터는 대기 습도에서 작동할 수 있는 미세 기공이라고 불리는 작은 나노 크기의 기공을 가진 박막 발전기로 조립되었습니다. 그들의 작은 POM 발전기는 0.68V의 전압을 생산하고 안정적이며 대기 습도가 10~90%인 거의 모든 자연 환경에서 지속적으로 작동했습니다.

POM 대기 습도 생성기는 POM 나노클러스터가 POM 나노와이어 필름의 미세 기공을 통해 대기 습도를 자발적으로 흡수하는 방식으로 작동합니다. 이는 발전의 구조적 기초인 물의 분포 구배를 형성합니다. POM 발전기는 높은 안정성과 지속적인 발전 성능을 입증했습니다.

연구팀은 POM 발전기가 자연 대기 습도를 효과적으로 수집하고 이온의 불균일한 분포와 방향성 이동을 통해 지속적인 전기 신호를 생성할 수 있다고 판단했습니다. 이 연구는 저부가가치 에너지의 지속적인 사용에 대한 새로운 아이디어와 폴리옥소메탈레이트 화학에 대한 새로운 연구 각도를 제공합니다.

자연환경에서 지속적인 저부가가치 에너지 개발이 시급해졌습니다. 과거 연구에서 과학자들은 가치가 낮은 에너지를 수집하고 사용하는 장치를 만들었습니다. 그러나 가치가 낮은 에너지는 간헐적이고 불안정하기 때문에 이러한 장치는 제한적이었습니다. 최근 몇 년 동안 과학자들은 대기 습도 에너지를 사용하는 데 진전을 이루었습니다. 그러나 팀의 POM 발생기는 지속적인 전력을 생산하는 최초의 습도 발생기입니다.

이 POM 생성기는 인간의 호흡 과정 감지와 같은 많은 잠재적 응용 분야를 가지고 있습니다. 환경 습도의 감지, 기록 및 경보; 장비의 지속적인 전원 공급을 달성하기 위한 전기 제품과의 통합; 여러 시나리오의 전기 요구 사항을 충족합니다.