Российские и китайские ученые создали электрогенератор, работающий днем и ночью

Международная исследовательская группа, объединившая специалистов Дальневосточного федерального университета, Института автоматики и процессов управления ДВО РАН и нескольких китайских научных центров, разработала автономное устройство для непрерывной выработки электроэнергии на основе термоэлектрического эффекта. Как сообщили ТАСС в пресс-службе Министерства науки и высшего образования РФ, генератор использует суточные колебания температуры: днем одна его сторона разогревается солнечными лучами, а ночью другая, наоборот, эффективно отдает тепло в атмосферу, что позволяет поддерживать необходимую разность температур круглые сутки без каких-либо внешних источников питания.

В основе прибора лежит классический термоэлектрический преобразователь — элемент, в котором при наличии разницы температур на его противоположных гранях возникает электродвижущая сила. Такие устройства широко применяются для питания датчиков и маломощной электроники, однако их ключевая проблема заключается в необходимости постоянно поддерживать перепад температур, что обычно достигается за счет дополнительных систем охлаждения или нагрева. Новая разработка решает эту задачу пассивными методами благодаря инновационным микроструктурированным покрытиям, прикрепленным к обеим сторонам термогенератора.

Одна из пластин выполнена из кремния, поверхность которого покрыта регулярным массивом острых микроконусов — эта архитектура была позаимствована у природы, а именно у структуры глаз ночных бабочек, которые славятся своим исключительно низким коэффициентом отражения. Благодаря такому текстурированию пластина поглощает до 95% падающего солнечного света и преобразует его в тепло, причем в ходе уличных испытаний ее температура заметно превышала температуру окружающего воздуха даже в условиях рассеянной облачности. Вторая пластина, напротив, изготовлена из диоксида кремния и выполняет роль радиатора: она свободно пропускает инфракрасное излучение в холодное космическое пространство, обеспечивая пассивное радиационное охлаждение без затрат электроэнергии.

Экспериментальный образец тестировался в различные сезоны года, и, как ожидалось, максимальная выходная мощность была достигнута в летние месяцы, когда интенсивность солнечного излучения наиболее высока. В осенне-зимний период абсолютные показатели генерации снижались, однако принципиально важным оказалось то, что выработка электроэнергии не прекращалась даже в полной темноте: ночью устройство продолжало функционировать за счет охлаждения верхней пластины и сохранения тепла на нижней стороне. Как пояснил соавтор исследования Александр Кучмижак, представляющий одновременно ДВФУ и Институт автоматики и процессов управления ДВО РАН, хотя пока речь идет лишь о накоплении относительно скромных количеств энергии, главным достижением является сам факт создания стабильного температурного градиента без активного охлаждения. По мнению ученого, полученные результаты закладывают фундамент для дальнейшего масштабирования и оптимизации конструкций на основе эффективных микроструктурированных покрытий, что в перспективе может найти применение в автономных сенсорных сетях, носимой электронике и распределенных системах мониторинга.