科学者チームは、液体の分子運動を利用して安定した電流を生成する装置を開発した。このイノベーションはナノテクノロジーを強化し、外力の影響を受けないクリーン エネルギーに新たな次元をもたらす可能性があります。波力エネルギー技術は実績のある発電技術ですが、液体が静止しているときでも、地球上のすべての液体分子にはエネルギーが含まれています。分子スケールでは、原子とイオンは常に運動しています。このナノスケールの運動から生み出される能力を引き出すことができれば、新たな重要なエネルギー源となることは間違いありません。
著者のルアン・ユーチェン氏は、「地球上には大量の空気と液体があり、それらをうまく採取できれば社会に膨大なエネルギーを生み出すことができる」と述べた。 AIP Publishingの「APLmaterials」に今週掲載された記事の中で、Luan Yucheng氏と彼の共同研究者らは、液体中の分子の自然な動きからエネルギーを捕捉できる分子エネルギーハーベスティングデバイスをテストした。彼らの研究は、分子運動を利用して安定した電流を生成できることを示しています。
このデバイスを作成するために、研究者らは圧電材料のナノアレイを液体に浸し、海中で揺れる海藻のように液体の動きによってナノアレイを動かした。この場合のみ、動きは目に見えない分子スケールであり、ナノアレイは酸化亜鉛でできていました。酸化亜鉛材料が選択されたのは、圧電特性があるためです。つまり、動作中に波打ち、曲がり、変形すると起電力が発生します。
Luan Yucheng 氏は、「よく研究されている圧電材料である酸化亜鉛は、ナノウィスカーを含むさまざまなナノ構造を簡単に合成できます。ナノウィスカーは、歯ブラシの毛に似た、多くのナノワイヤで構成される整然とした規則的な構造です。」と述べました。
このようなエネルギーハーベスターは、埋め込み型医療機器などのナノテクノロジーの基礎を築くために使用できるほか、本格的な発電機やキロワット規模のエネルギー生産にスケールアップすることもできます。この装置の重要な設計上の特徴は、外部の力に依存しないことであり、これにより革新的なクリーン エネルギー源としての可能性が高まります。
「分子熱運動収集装置は外部刺激を必要としない。これは他のエネルギーハーベスターと比較して大きな利点である」とルアン氏は述べた。 「現在、電気エネルギーは主に風力エネルギー、水エネルギー、太陽エネルギーなどの外部エネルギー源から得られています。この研究は、液体分子の熱運動を通じて電気エネルギーを生成する可能性を開きます。この熱運動は物理システムの内部エネルギーに由来し、通常の機械的運動とは本質的に異なります。」
研究者らはすでに設計の次の段階に取り組んでおり、さまざまな液体、高性能圧電材料、新しいデバイスアーキテクチャをテストしてデバイスのエネルギー密度を高め、デバイスをスケールアップしています。
「近い将来、この新しいシステムは人類が電気エネルギーを得るために不可欠な手段になると私たちは信じています。」