Nieuw apparaat zet verdamping om in continue elektriciteit: 5 keer beter dan bestaande systemen
In dit artikel:
Onderzoekers van de École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) ontwikkelden een nanodevice dat uit verdampend zoutwater elektriciteit genereert door zowel warmte als zonlicht te benutten. De bevindingen, gepubliceerd in Nature Communications, laten zien dat de combinatie van lichtgestuurde halfgeleidereigenschappen van silicium en thermisch beïnvloede oppervlaktelading de energie-opbrengst tot vijf keer hoger brengt dan bij eerdere hydrovoltaïsche systemen.
Het apparaat werkt op nanoschaal en heeft een drielaagse opbouw: een laag voor verdamping, een laag voor ionentransport en een laag voor ladingscollectie. Verdamping veroorzaakt verplaatsing van ionen en daarmee een stabiele ladingsscheiding; fotonen exciteren elektronen in het silicium en warmte maakt de oppervlaktelading negatiever, waardoor het elektrische veld bij het grensvlak met het zoutwater versterkt wordt. In het lab leverde dit een continue spanning van ongeveer 1 volt en een vermogensdichtheid rond 0,25 W/m² — indrukwekkend voor zo’n klein systeem, maar nog te mager voor grootschalige stroomvoorziening.
Projectleider Giulia Tagliabue benadrukt het belang van het gecombineerde effect: “Deze natuurlijke effecten bestaan al altijd, maar wij zijn de eersten die ze zo efficiënt benutten.” De onderzoekers bouwden daarnaast een fysisch model waarmee ze parameters als zoutconcentratie en de geometrie van nanopilaren kunnen optimaliseren. Om corrosie en degradatie door zoutwater onder invloed van warmte en licht tegen te gaan, voorzagen ze de nanopilaren van een beschermende oxidecoating, wat de stabiliteit onder langdurige belasting verbeterde.
Praktische toepassingen liggen vooral in de micro-energievoorziening: batterijloze IoT-sensoren (met name in afgelegen of maritieme omgevingen), milieumonitoring in wetlands en kusten, wearables die energie uit zweet of vocht halen, en zelfvoorzienende sensoren in infrastructuur of smart cities. Hydrovoltaïsche technologie staat nog in de kinderschoenen, maar gecombineerd met energiezuinige elektronica kan zelfs laag vermogen nuttig zijn. De volgende stappen van het EPFL-team zijn materiaaloptimalisatie, finetunen van nanogeometrie en testen buiten het lab met echte zon- en warmtebronnen.