Соленая вода, текущая по ржавчине, генерирует электричество

Исследователи из Калифорнийского технологического института и Северо-Западного университета обнаружили, что электричество можно производить, когда соленая вода течет поверх тонких слоев ржавчины. Ранее процесс был замечен с графеном, но ржавчину гораздо легче масштабировать.

Соленая вода является распространенным компонентом в батареях, обычно в виде электролита. Она используется в простых лампах с соленой водой, огромных батареях с окислительно-восстановительным потоком и даже на экспериментальной осмотической электростанции.

Но эта новая система работает по отличному от всех этих примеров принципу. Вместо химических реакций ржавчина генерирует электричество, используя электрокинетический эффект, или энергию движения воды при ее прохождении. Это работает, потому что ионы в соленой воде привлекают электроны в железе под слоем ржавчины. Когда соленая вода и ее ионы текут, то увлекает электроны железа и производит электрический ток.

Этот же эффект ранее был замечен при использовании графена вместо ржавого железа, но проблема в том, что графен все еще сложно производить и масштабировать до полезных размеров. Производство больших кусков железа, а затем образование ржавчины на его поверхности - это то, с чем уже сталкиваются современные производственные практики.

Чтобы убедиться, что ржавчина образуется ровным тонким слоем, команда использовала метод физического осаждения из газовой фазы (PVD). Пары оксида железа были сконденсированы на поверхности с однородной толщиной 10 нанометров. Затем команда проверила это, используя растворы соленой воды различной концентрации.

Они обнаружили, что этот метод удивительно эффективен при преобразовании кинетической энергии в электричество - около 30% - и мог генерировать несколько десятков милливольт и несколько микроампер на квадратный сантиметр железа, покрытого ржавчиной. Это предполагает, что его увеличение может привести к выработке полезного количества электроэнергии.

«В перспективе пластины площадью 10 квадратных метров каждая будут генерировать несколько киловатт в час - этого достаточно для обычного дома в США», говорит Том Миллер, соавтор исследования. Это может быть использовано для выработки энергии в океане или около него, или даже в теле человека.

«Приливная энергия или объекты, которые качаются в океане, например, буи, могут быть использованы для пассивного преобразования электрической энергии», говорит Миллер. «В наших жилах течет соленая кровь. Это может быть использовано для выработки электроэнергии для питания имплантатов».

Исследование было опубликовано в журнале «Известия Национальной академии наук».