پژوهشگران در دانشگاه چونگ آنگ در کره یک حسگر آتش توسعه دادند که به جای باتری‌ها توسط هیدروولتاهایک‌ها (HV) قدرت می‌گیرد. هیدروولتاهایک، جایی که برق به علت تعامل مولکول‌های آب با مواد نانوساختاری تولید می‌شود، رویکردی مقرون‌به‌صرفه و پایدار برای قدرت‌دهی به دستگاه‌های کوچک است، طبق یک بیانیه مطبوعاتی.
همزمان با اینکه جهان به دنبال گذار به رویکردهای انرژی پاک و پایدار است، نیاز به بازنگری در سیستم‌های انرژی مورد استفاده در دستگاه‌های کوچک نیز وجود دارد. هرچند نیروگاه‌های بادی و خورشیدی بزرگ می‌توانند خانه‌ها و اداره‌ها را انرژی دهند، ما باید راه‌های سبزتری برای انرژی دهی به دستگاه‌های کوچکتر مانند کنترل‌های از راه‌دور یا حسگرهای الکتریکی بیابیم.
حسگرهای آتش نمونه بارزی از دستگاه‌هایی هستند که به صورت مستقل از شبکه کار می‌کنند. لازم است که حتی در صورت قطع برق عمل کنند، این حسگرها به باتری‌ها متکی هستند. اما هنگام آتش‌سوزی خطر انفجار نیز وجود دارد. اینجاست که یک سیستم انرژی جایگزین مانند هیدروولتاهایک‌ها می‌تواند کمک کند.
حسگر آتش با قدرت هیدروولتاهایک
از آنجا که یک سیستم HV برق را از آب تجدید می‌کند و بخشی از آن در آن غوطه‌ور است، بسیار ایمن‌تر از باتری‌هایی است که ممکن است در حین آتش‌سوزی منفجر شوند. علاوه بر این، سیستم‌های حسگر آتش سنتی مستعد هشدارهای غلط ناشی از دود حاصل از پخت‌وپز یا گرد و غبار هستند.
از سوی دیگر، یک سیستم HV می‌تواند از تغییرات در جریان آب ناشی از تبخیر در طول آتش‌سوزی استفاده کند تا واکنش‌های دقیق‌تر را ارائه دهد. با این حال، تحقیقات کمی برای قدرت‌دهی به حسگرهای آتش با هیدروولتاهایک‌ها انجام شده است.
یک تیم تحقیقاتی به سرپرستی بیونگیل هوانگ، استادیار مدرسه مهندسی یکپارچه در دانشگاه چونگ آنگ در کره‌جنوبی، یک دستگاه هیدروولتاهایک توسعه داد که به عنوان حسگر آتش عمل می‌کند و می‌تواند برق تولید کند.
چگونه کار می‌کند؟
یک سیستم HV از یک لایه نانوپروس با سطح بارگذاری‌شده بالا استفاده می‌کند که می‌تواند پروتون‌ها را از آب جذب کند. جذب پروتون‌های باردار مثبت با سطوح نانوساختاری باردار منفی یک لایه دوبل الکتریکی (EDL) تشکیل می‌دهد.
تبخیر ناشی از آتش به عنوان یک نیروی رانش عمل می‌کند و باعث می‌شود آب از ناحیه غوطه‌ور لایه به ناحیه غیرغوطه‌ور از طریق عمل مویینگی صعود کند، که عدم تقارن چگالی پروتون‌ها را ایجاد می‌کند. این باعث تفاوت پتانسیل، که به عنوان پتانسیل جریانی نیز شناخته می‌شود، می‌شود که می‌تواند برای تولید برق استفاده شود.
در دستگاه خود، تیم تحقیقاتی در دانشگاه چونگ آنگ از پنبه ضایعاتی، Triton-X و Ppy برای ساخت لایه نانوپروس استفاده کردند که عموماً به عنوان CPT شناخته می‌شود. لایه CPT در یک لوله سیلندری با الکترودهای آلومینیومی در هر انتها قرار داده شد. Ppy سیاه رنگ است و جذب نور را تقویت می‌کند، در حالی که Triton-X به القای بار سطحی بالا کمک می‌کند.
پژوهشگران دستگاه خود را با تأیید نور آزمایش کردند. آن‌ها دریافتند که دستگاه می‌تواند 0.42 ولتاژ و 16-20 میکروآمپر جریان زیر نور مادون قرمز تولید کند. به عنوان یک هشدار آتش، همچنین زمان پاسخگویی سریعی کمتر از 10 ثانیه نشان داد.
«این اولین نمایش از استفاده از یک سیستم هیدروولتاهایک در یک کاربرد حساس به آتش است»، هوانگ در بیانیه مطبوعاتی گفت. «سیستم HV ما پتانسیل این را دارد که یک منبع قدرت پایدار برای سیستم‌های حسگر مختلف، مانند سیستم‌های نظارت بر سلامت و محیط زیست که به عملکرد بدون وقفه نیاز دارند، باشد.
یافته‌های تحقیق در مجله مهندسی شیمی منتشر شده است.
