Le générateur d’énergie en polyoxométalate collecte l’humidité atmosphérique naturelle et produit des signaux électriques continus grâce à la distribution inégale et au mouvement directionnel des ions, réalisant ainsi une collecte et une utilisation efficaces d’énergie de faible valeur. Crédit : Nana Research, Tsinghua University Press
Les scientifiques ont créé un générateur d’électricité qui utilise l’humidité atmosphérique et les polyoxométalates pour produire de l’électricité en continu, offrant ainsi un moyen durable d’utiliser une énergie de faible valeur.
Les scientifiques étudient des méthodes permettant d’exploiter l’énergie de faible valeur présente en abondance dans les environnements naturels pour produire de l’électricité. Un développement révolutionnaire a vu le jour : un générateur d’énergie qui exploite l’humidité atmosphérique naturelle et produit des signaux électriques continus. Remarquablement, il s’agit du premier générateur d’humidité qui utilise un matériau de taille nanométrique appelé polyoxométalates. Les implications de cette découverte suggèrent une nouvelle voie de recherche prometteuse dans l’exploitation durable de l’énergie de faible valeur.
Les résultats de cette recherche ont été récemment présentés dans la revue Recherche sur les nanotechnologies.
Les chercheurs se sont lancés dans cette aventure pour remédier à l’incohérence observée dans les performances des gadgets de conversion d’énergie. Un problème urgent auquel ils se sont attaqués était le manque de matériaux conçus pour la production d’électricité à base d’humidité atmosphérique et les limites que ces matériaux posaient. Le professeur Weilin Chen du département de chimie de la Northeast Normal University a expliqué : « 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’énergie liée à l’humidité atmosphérique. »
Comprendre les polyoxométalates et leur potentiel
Les polyoxométalates, connus sous le nom de POM, ont une morphologie et des propriétés fonctionnelles uniques, qui les rendent particulièrement utiles dans la recherche de synthèse, d’assemblage et 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 chercheurs s’attendent à ce que les nanomatériaux POM soient des matériaux capables d’utiliser efficacement l’humidité atmosphérique.
Les scientifiques ont construit des POM en amas organiques 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 pour cent.
Mécanisme de travail et applications potentielles
Le générateur d’humidité atmosphérique POM fonctionne lorsque les nanoclusters POM absorbent spontanément l’humidité atmosphérique grâce aux 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. Cependant, 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. Cependant, le générateur POM de l’équipe est le premier générateur d’humidité à produire une énergie continue.
Ce générateur POM révolutionnaire 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 réalisée 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 en utilisant les caractéristiques des nanomatériaux POM », a déclaré Chen.
La voie à suivre
Pour l’avenir, les chercheurs visent à améliorer l’efficacité de la production d’électricité à base d’humidité atmosphérique en sélectionnant et en optimisant les matériaux. Ils souhaitent également 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.
L’équipe de recherche chinoise comprend Tuo Ji et Weilin Chen de la Northeast Normal University ; Zhenhui Kang de l’Université de Soochow ; et Liming Zhang de l’Académie chinoise des sciences.
La recherche est financée par la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine, le projet de recherche scientifique et technologique du département de l’éducation de la province du Jilin et la Fondation des sciences naturelles de la province du Jilin.
