Разработана лабораторная технология электролиза с помощью энергии падающих капель воды: подробности проекта

На иллюстрации изображен вариант генерации электрического разряда, который удалось создать падающей каплей воды (Luxian Li et al. / Science Advances, 2023). Недавно появились сообщения о том, что групппа китайских исследователей смогла получить искровой потенциал в 1200 вольт, который был создан с помощью падающих капель воды. Возникающая при этом электрическая искра произвела ионизацию газа, находящегося при атмосферном давлении, и разделила воду на водород и кислород. Статья об этом исследовании опубликована в журнале Science Advances. Механизм генерации электроэнергии падающими каплями воды заключается в возникновении двойного электрического слоя, как в суперконденсаторах. Однако ранее наведенное выходное напряжение, индуцированное каплями, достигало насыщения в районе 350 вольт.

Основным ограничивающим фактором для такого источника энергии является плохое понимание физики движущихся капель по поверхностям. Теперь физики под руководством Го Ванлиня (Wanlin Guo) из Нанкинского университета аэронавтики и астронавтики показали, что падающие капли воды могут стабильно производить искровой разряд с напряжением до 1200 вольт, что уже близко к теоретическому верхнему пределу.

Такого результата физики достигли, капая водопроводной водой с высоты 25 сантиметров на наклонную тефлоновую пластинку, расположенную на алюминиевой подложке (в качестве нижнего электрода) и с закрепленной на ней металлической полоской (верхний электрод). Электрический сигнал замеряли между этими двумя электродами и синхронизировали с записью на рапидной камере. Это позволило экспериментаторам оптимизировать параметры установки и описать происходящие процессы.

Схема эксперимента и полученные результаты

Схема эксперимента и полученные результаты. Luxian Li et al. / Science Advances, 2023

Чтобы объяснить и описать такое напряжение, ученые разработали комплексную модель, которая учитывает динамику контакта вода-электрод как в макромасштабе при распространении капель, так и на микроуровне при возникновении двойного электрического слоя. Физики показали, что для достижения сверхвысокого искрового потенциала необходима высокая скорость скольжения и большая площадь растекания капли, при этом толщина двойного электрического слоя должна быть как можно тоньше при коротком времени релаксации.

Ученые показали, что такой метод генерации электричества можно использовать для решения прикладных задач. Для этого они использовали оптимизированную установку в качестве импульсного источника. Возникающего напряжения от падающих капель воды оказалось достаточно, чтобы произвести ионизацию атомов гелия при атмосферном давлении или для проведения электролиза воды.

Ионизация гелия при атмосферном давлении с использованием капель воды в качестве импульсного источника напряжения

Ионизация гелия при атмосферном давлении с использованием капель воды в качестве импульсного источника напряжения. Luxian Li et al. / Science Advances, 2023

Гидролиз воды под действием импульсного источника напряжения, генерируемого падающими каплями

Гидролиз воды под действием импульсного источника напряжения, генерируемого падающими каплями. Luxian Li et al. / Science Advances, 2023

Физики считают, что достижение киловольтного напряжения, индуцированного падающими каплями, открывает дорогу новым гидроэлектрическим технологиям.

Автор: Дмитрий Рудик
Источник: https://nplus1.ru/