Добавление соли в лед повышает его способность генерировать электрический ток при сгибании
Обычный лед, показанный здесь, при растяжении генерирует относительно слабый электрический ток. Но когда кусок соленого льда сгибается, жидкий рассол, протекающий внутри, генерирует более сильный электрический ток. Это явление известно как флексоэлектрический эффект.
Соль, лед и немного энергии — вот и все, что нужно для производства безотходной электроэнергии, сообщают исследователи в журнале Nature Materials от 15 сентября. Измельчение одного кусочка льда в форме конуса, который немного меньше зернышка черного перца и содержит 25% соли по весу, может дать мощность около 1 милливольта, в то время как набор из 2000 конусов может дать напряжение в 2 вольта, или достаточный электрический потенциал для питания небольшого красного светодиода.
Полученные результаты убедительно демонстрируют флексоэлектрический эффект — явление, при котором электричество вырабатывается за счет неравномерной деформации твердого материала. Хотя флексоэлектричество, вырабатываемое большинством материалов, слишком слабо для практических электрических систем, соленый лед когда-нибудь может стать возобновляемым источником энергии.
Ранее в этом году физик-экспериментатор Синь Вэнь стал соавтором исследования, показавшего, что чистый лед обладает слабым флексоэлектрическим свойством, что может объяснить, как замороженные частицы во время грозы порождают молнии. Но “в природе лед почти всегда содержит примеси”, поэтому имеет смысл исследовать, как такая распространенная примесь, как соль, влияет на окружающую среду, говорит Вэнь, который начал эту работу в университете Сиань Цзяотун в Китае.
Вэнь и его коллеги заморозили соленую воду в силиконовых формах, чтобы получить две формы: конус и изогнутую балку. Затем они использовали специализированный станок для многократного сгибания соленых заготовок и измерения электрического заряда. Конусы были способны выдерживать большие нагрузки, чем балки, и создавать большее напряжение. Более того, конусы меньшего размера были способны выдерживать большую нагрузку по сравнению с конусами большего размера. По словам Вена, сборка массивов из множества маленьких конусов может стать способом увеличения общей выходной мощности.
Это явление возникает из-за того, что внутри твердого льда, между отдельными крупинками льда, находятся чрезвычайно тонкие слои жидкого рассола. При изгибе льда создается перепад давления, в результате чего рассол течет в области с более низким давлением. Поскольку соленая жидкость содержит положительно заряженные частицы, называемые катионами, текущая жидкость генерирует электрический ток.
Хотя кажется возможным, что солевой лед можно было бы использовать в недорогих датчиках или устройствах для сбора энергии в холодных помещениях, “мы все еще далеки от того, чтобы обеспечить энергией повседневные устройства”, — говорит Вэнь, который сейчас работает в Каталонском институте нанонауки и нанотехнологий в Барселоне. “На данном раннем этапе для зарядки смартфона может потребоваться кубик соленого льда размером от десятков до ста квадратных метров”, — говорит он, хотя мы надеемся, что дальнейшие исследования значительно уменьшат этот размер.