به گزارش سیتنا، پژوهشگران دانشگاه بینگهمتون نوعی کاغذ دیواری آزمایشی طراحی کرده‌اند که می‌تواند رطوبت موجود در هوای داخل خانه را به جریان الکتریکی تبدیل کند؛ فناوری‌ای که در صورت توسعه می‌تواند برای تأمین انرژی حسگرها و تجهیزات کم‌مصرف اینترنت اشیا کاربرد داشته باشد.

این پژوهش که نتایج آن در مجله Advanced Energy Materials منتشر شده، بر استفاده از «ژنراتورهای برق مرطوب» تمرکز دارد؛ دستگاه‌هایی که با جذب رطوبت محیط و ایجاد جریان یون‌ها، برق تولید می‌کنند.

سئوخیون چوی، سرپرست این پژوهش، معتقد است محیط داخلی خانه می‌تواند برای چنین فناوری‌ای مناسب‌تر از فضای باز باشد؛ چراکه میزان رطوبت داخل ساختمان معمولاً در محدوده مشخصی قرار دارد و فعالیت‌هایی مانند تنفس، پخت‌وپز و حمام کردن نیز رطوبت بیشتری به هوا اضافه می‌کنند.

کاغذی که رطوبت را به برق تبدیل می‌کند

پژوهشگران برای ساخت این کاغذ دیواری از کاغذ آزمایشگاهی استفاده کردند و اتصالات الکتریکی آن را به‌گونه‌ای طراحی کردند که سیم‌کشی در پشت ساختار قرار گیرد.

هر قطعه از این کاغذ حدود ۲ در ۲ سانتی‌متر است و از سه ناحیه تشکیل می‌شود. بخش بیرونی حاوی گلیسرول است که بخار آب موجود در هوا را جذب می‌کند. در بخش میانی نیز از پلی‌وینیل‌پیرولیدون یا PVP استفاده شده که به نگهداری آب و انتقال آن در ساختار کاغذ کمک می‌کند.

بخش مرکزی نیز با لایه‌ای از موم پوشانده شده است. این لایه مانع خروج آب مایع می‌شود، اما اجازه می‌دهد بخار آب از منافذ عبور کند. در نتیجه، آب از بخش‌های بیرونی وارد ساختار شده و از مرکز به شکل بخار خارج می‌شود.

همین جریان مداوم آب و بخار، همراه با واکنش گروه‌های شیمیایی موجود در گلیسرول، سلولز و PVP، موجب آزاد شدن پروتون‌ها و ایجاد جریان الکتریکی می‌شود. الکترودهای گرافیتی نیز این جریان را جمع‌آوری می‌کنند.

تولید برق هنوز محدود است

با وجود نتایج اولیه امیدوارکننده، میزان برق تولیدشده توسط این فناوری در حال حاضر بسیار کم است. یک قطعه در رطوبت ۸۰ درصد حدود ۰.۳۴ ولت برق تولید کرد و اتصال ۱۰ قطعه توانست ولتاژ را به حدود ۲.۹ ولت برساند.

همچنین آرایه‌ای متشکل از ۳۵ قطعه توانست یک حسگر رطوبت را برای حدود ۱۵ دقیقه روشن نگه دارد. بزرگ‌ترین آرایه آزمایش‌شده نیز شامل یک هزار و ۵۹۶ قطعه بود که در رطوبت حدود ۳۸ درصد، ولتاژی معادل ۳.۵ ولت تولید کرد.

این میزان انرژی برای راه‌اندازی یک صفحه‌کلید بی‌سیم با کمک یک خازن ذخیره‌کننده انرژی کافی بود، هرچند پژوهشگران در این مطالعه رقم دقیقی برای توان کلی تولیدشده توسط نمونه دیواری اعلام نکرده‌اند.

کاغذ دیواری؛ هم تولید برق، هم کنترل رطوبت

یکی دیگر از ویژگی‌های این فناوری، قابلیت تنظیم رطوبت محیط است. آزمایش‌ها نشان دادند ۲۸ قطعه از این کاغذ در یک محفظه بسته توانستند رطوبت را در حدود چهار دقیقه از ۷۵ درصد به ۵۰ درصد کاهش دهند.

این ماده در محیط خشک نیز می‌تواند رطوبت ذخیره‌شده را آزاد کند. پس از اشباع شدن با آب، نمونه آزمایشی توانست رطوبت هوای محفظه‌ای را طی حدود ۱۶ دقیقه از ۱۵ درصد به ۲۰ درصد افزایش دهد.

در یک آزمایش دیگر، یک آرایه بزرگ از این کاغذها توانست رطوبت یک اتاق را طی ۱۵ دقیقه از ۳۸ درصد به ۳۲ درصد کاهش دهد؛ هرچند پژوهشگران تأکید دارند این نتیجه هنوز اولیه است و نمی‌توان آن را به عملکرد پایدار و بلندمدت فناوری تعمیم داد.

چوی با اشاره به مصرف انرژی سیستم‌های تهویه مطبوع برای کاهش رطوبت، معتقد است این فناوری در آینده می‌تواند همزمان با کنترل رطوبت، بخشی از انرژی مورد نیاز تجهیزات کم‌مصرف را نیز تأمین کند.

با این حال، پژوهشگران تأکید دارند که این فناوری هنوز در مرحله اثبات مفهوم قرار دارد و قرار نیست جایگزین شبکه برق یا پنل‌های خورشیدی شود. هدف اصلی، استفاده از این فناوری برای تأمین انرژی حسگرهای محیطی، تجهیزات بی‌سیم و ابزارهای اینترنت اشیاست.

در صورت اثبات دوام و امکان تولید انبوه، این فناوری می‌تواند در آینده دیوارهای ساختمان را به سطوحی هوشمند تبدیل کند که علاوه بر پایش شرایط محیطی، بخشی از انرژی مورد نیاز حسگرهای خود را نیز از رطوبت هوا تأمین می‌کنند.

انتهای پیام