Ученые создали генератор электричества на основе контакта воды с нанопористым кремнием

Специалисты из научных центров Испании, Италии и Германии представили технологию получения электроэнергии через физический контакт воды с кремниевой поверхностью. Разработанное устройство получило название трибоэлектрический наногенератор вторжения-экструзии. Результаты исследования опубликованы в издании Nanoenergy в 2025 году.

Принцип работы устройства основан на циклическом процессе. Жидкость под давлением проникает в наноразмерные поры гидрофобного кремниевого материала. В момент контакта на границе раздела двух сред происходит разделение электрических зарядов. При обратном выходе воды из пор заряды перемещаются, формируя электрический ток. Нанопористая архитектура материала обеспечивает многократное увеличение площади соприкосновения между твердой и жидкой фазами.

В ходе экспериментальных испытаний кремниевый слой толщиной 33 микрометра продемонстрировал плотность генерируемой мощности на уровне 20 милливатт на квадратный метр. Продолжительность протекания тока составила несколько минут, что превышает показатели существующих трибоэлектрических систем в тысячи раз. Введение в водную среду полимера полиэтиленимида позволило поднять коэффициент преобразования энергии до девяти процентов.

Компьютерное моделирование выявило механизм генерации: поверхностные дефекты кремниевой структуры захватывают электроны при входе воды и освобождают их при выходе жидкости. Применение легированного кремния p-типа обеспечивает отвод электронов через электродную систему. Монолитная конструкция объединяет активный материал и токосъёмные элементы в едином блоке, что минимизирует энергетические потери при многократных циклах работы.

Технология может применяться в условиях наличия механических колебаний, изменения давления или повышенной влажности для питания автономных сенсоров, персональной электроники и измерительного оборудования промышленного назначения.