به گزارش اصفهان زیبا؛ پژوهشگران دانشگاه بینگهمتون کاغذ دیواری هوشمندی ساخته‌اند که می‌تواند رطوبت هوای داخل خانه را به جریان الکتریکی تبدیل کند. این فناوری در آینده می‌تواند دیوار خانه را به یک منبع کوچک برای تأمین انرژی حسگرها و تجهیزات کم‌مصرف تبدیل کند.
پنل‌های خورشیدی روی بام‌ها اکنون برق میلیون‌ها خانه را تأمین می‌کنند، اما پژوهشگران به دنبال راهی برای تولید انرژی در فضای داخلی ساختمان‌ها هستند. نتیجه این تلاش، سامانه‌ای است که با استفاده از رطوبت محیط، مقدار کمی برق تولید می‌کند.
این پژوهش در نشریه Advanced Energy Materials منتشر شده است. فناوری جدید در حال حاضر در مرحله اثبات مفهوم قرار دارد و هنوز نمی‌تواند جایگزین شبکه برق یا پنل‌های خورشیدی شود.
کاغذ دیواری چگونه برق تولید می‌کند؟
این کاغذ دیواری از مربع‌های کاغذی ۲ در ۲ سانتی‌متری تشکیل شده است. هر مربع سه بخش اصلی دارد که مواد متفاوتی را در خود جای داده‌اند.
لبه‌های هر قطعه حاوی گلیسرول است. این ماده بخار آب موجود در هوا را جذب می‌کند و آن را به آب مایع تبدیل می‌کند. بخش میانی نیز حاوی پلی‌وینیل‌پیرولیدون یا PVP است که آب را بهتر در ساختار کاغذ نگه می‌دارد.
بخش مرکزی کاغذ با موم پوشانده شده است. این پوشش آب مایع را دفع می‌کند، اما منافذ ریز را برای عبور بخار آب باز نگه می‌دارد. در نتیجه، آب از لبه‌ها وارد ساختار کاغذ می‌شود و از مرکز به شکل بخار خارج می‌شود.
همین جریان پیوسته آب، شرایط لازم برای تولید برق را ایجاد می‌کند. گروه‌های شیمیایی موجود در گلیسرول، سلولز و PVP به آب کمک می‌کنند پروتون‌ها یا یون‌های هیدروژن را آزاد کند.
تفاوت تراکم این گروه‌ها در بخش‌های مختلف کاغذ، جریان الکتریکی ایجاد می‌کند. سپس الکترودهای گرافیتی این جریان را جمع‌آوری می‌کنند.
تولید برق در آزمایش‌ها
میزان برق تولیدشده در نمونه‌های فعلی بسیار کم است. یک قطعه کاغذ در رطوبت ۸۰ درصد، ولتاژی حدود ۰٫۳۴ ولت تولید کرد. اتصال ۱۰ قطعه نیز ولتاژ را به حدود ۲٫۹ ولت رساند.
آرایه‌ای متشکل از ۳۵ قطعه توانست یک حسگر رطوبت را حدود ۱۵ دقیقه روشن نگه دارد. بزرگ‌ترین آرایه آزمایش‌شده نیز ۱۵۹۶ قطعه داشت و در رطوبت حدود ۳۸ درصد، ولتاژی نزدیک به ۳٫۵ ولت تولید کرد.
این مقدار انرژی برای راه‌اندازی یک صفحه‌کلید بی‌سیم کافی بود؛ البته پژوهشگران برای این کار از یک خازن نیز استفاده کردند تا انرژی را ذخیره و در زمان لازم آزاد کند. با وجود این، پژوهش رقم دقیقی برای توان کلی تولیدشده توسط نمونه دیواری ارائه نکرده است.
کاغذ دیواری همزمان رطوبت را کنترل می‌کند
این فناوری علاوه بر تولید برق، می‌تواند به تنظیم رطوبت محیط نیز کمک کند. کاغذ پس از جذب رطوبت، در شرایط مناسب دوباره آب را به شکل بخار آزاد می‌کند.
در یک آزمایش، ۲۸ قطعه از این کاغذ در محفظه‌ای بسته با ابعاد ۳۰ در ۳۰ در ۱۵ سانتی‌متر، رطوبت را در حدود چهار دقیقه از ۷۵ درصد به ۵۰ درصد کاهش دادند.
در آزمایشی دیگر، کاغذ اشباع‌شده از آب توانست رطوبت هوای خشک را طی حدود ۱۶ دقیقه از ۱۵ درصد به ۲۰ درصد افزایش دهد. همچنین یک آرایه بزرگ در یک اتاق، رطوبت را طی ۱۵ دقیقه از ۳۸ درصد به ۳۲ درصد کاهش داد.
پژوهشگران تأکید می‌کنند که این نتایج اولیه هستند و هنوز عملکرد پایدار و بلندمدت سامانه را نشان نمی‌دهند.
هدف اصلی، تأمین انرژی تجهیزات کم‌مصرف است
سئوخیون چوی، سرپرست تیم تحقیقاتی، می‌گوید سیستم‌های تهویه مطبوع برای کاهش رطوبت هوا انرژی زیادی مصرف می‌کنند. به گفته او، این فناوری در آینده می‌تواند همزمان با تولید مقدار کمی برق، به کنترل رطوبت نیز کمک کند.
پژوهشگران فعلاً جایگزینی شبکه برق یا پنل‌های خورشیدی را هدف قرار نداده‌اند. آنها می‌خواهند از این فناوری برای تأمین انرژی حسگرهای محیطی، ماژول‌های بی‌سیم و تجهیزات اینترنت اشیا استفاده کنند.
اگر پژوهشگران بتوانند دوام و بازده این سیستم را افزایش دهند، دیوارهای ساختمان‌ها می‌توانند به حسگرهای مستقل و کم‌مصرف تبدیل شوند. چنین دیوارهایی در کنار تولید انرژی، امکان پایش شرایط و کیفیت هوای داخل ساختمان را نیز خواهند داشت.
