Солнечная энергия растет. Многие технические достижения в последние годы сделали солнечные элементы достаточно эффективными и доступными.
Большим недостатком остается тот факт, что солнечные элементы не производят энергии во время дождя. Однако это может измениться: в журнале Angewandte Chemie китайские исследователи представили новый подход к созданию всепогодного солнечного элемента, который активируется как солнечным светом, так и каплями дождя.
Для преобразования солнечной энергии в электричество команда из Океанического университета Китая (Циндао) и Юньнаньского педагогического университета (Куньмин, Китай) разработала высокоэффективный сенсибилизированный красителем солнечный элемент. Чтобы дождь также вырабатывал электричество, они покрыли эту ячейку тонкой пленкой графена.
Графен — это двумерная форма углерода, в которой атомы связаны в сотовую структуру. Его легко получить окислением, расслоением и последующим восстановлением графита.
Графен характеризуется необычными электронными свойствами: он проводит электричество и богат электронами, которые могут свободно перемещаться по всему слою (делокализованный). В водном растворе графен может связывать положительно заряженные ионы своими электронами (кислотно-основное взаимодействие Льюиса). Это свойство используется в процессах на основе графена для удаления ионов свинца и органических красителей из растворов.Это явление вдохновило исследователей, работающих с Qunwei Tang, использовать графеновые электроды для получения энергии от удара капель дождя.
Капли дождя — это не чистая вода. Они содержат соли, которые распадаются на положительные и отрицательные ионы. Положительно заряженные ионы, включая ионы натрия, кальция и аммония, могут связываться с поверхностью графена.
В точке контакта между каплей дождя и графеном вода обогащается положительными ионами, а графен обогащается делокализованными электронами. В результате получается двойной слой, состоящий из электронов и положительно заряженных ионов, что называется псевдоконденсатором.
Разница потенциалов, связанная с этим явлением, достаточна для создания напряжения и тока.