Vědci přidávají sůl do ledu, aby vyrobili elektřinu
Tento objev nejenže umožňuje vyrábět energii v extrémních podmínkách, ale může také najít uplatnění ve výzkumu vesmíru a obnovitelné energetice.
Po desetiletí, ne-li po staletí, používáme směs ledu a soli k různým účelům . Například k uchovávání potravin a také k ochraně zledovatělých silnic před klouzáním. Ačkoli se to může zdát protichůdné, odpověď spočívá ve fyzice.
Čistá voda zamrzá při 0 °C. Její molekuly tvoří uspořádanou krystalickou mřížku: led . Sůl se skládá z iontů, a když ji nasypeme na led, tyto ionty se vklínují mezi molekuly vody a brání obnovení pevné struktury ledu.
K zamrznutí směsi vody a soli je zapotřebí nižší teplota. To znamená, že teplota zamrznutí klesá pod 0 °C (v ideálních podmínkách může klesnout až na -21 °C). To znamená, že led při 0 °C potřebuje mnohem nižší teplotu, aby zůstal pevný. Proto taje.
Nyní může tato kombinace najít ještě zajímavější využití. Skupina španělských a čínských vědců objevila fyzikální princip, který této kombinaci umožňuje generovat elektřinu. Podle studie zveřejněné v časopise Nature Materials může interakce soli a ledu vytvářet elektrický náboj, což otevírá nové možnosti získávání energie z okolního prostředí.
Intuice napovídá, že sůl roztápí led tím, že snižuje jeho teplotu tání. Na molekulární úrovni však dochází k tanci elektrických nábojů. Výzkumy provedené Katalánským institutem nanoscience a nanotechnologií ukazují, že při kontaktu krystalu soli (například chloridu sodného, NaCl) s ledem dochází k jevu zvanému kontaktní statická elektřina.
Klíčem k tomuto jevu je skutečnost, že ionty soli (kationt sodíku Na⁺ a aniont chloru Cl⁻) se šíří ledem různou rychlostí. Ionty Cl⁻ mají větší pohyblivost a pronikají do krystalické mřížky ledu o něco hlouběji než ionty Na⁺. Toto fyzické oddělení kladných a záporných nábojů vytváří nerovnováhu známou jako dvojitá elektrická vrstva, která vytváří rozdíl potenciálů. V podstatě se slaný led mění v elektrochemickou buňku. Je to velmi jednoduché, ale přesto je to buňka.
Skupina pod vedením Gustava Catalana vyvinula řadu experimentů, ve kterých byly použity izolační materiály (například teflon) v kombinaci s ledem s různou koncentrací soli. Výsledky byly jednoznačné: přítomnost soli zvýšila generování elektrického náboje o řád ve srovnání s čistým ledem. Obyčejný kostka ledu se solí může generovat napětí v řádu několika desítek milivoltů. I když to není mnoho, je to zcela měřitelné a slouží jako přesvědčivý důkaz koncepce.
Tento objev přesahuje rámec čistě akademické sféry. Možnost generovat elektrickou energii tak běžným a levným způsobem otevírá zajímavé perspektivy. Například to může umožnit vývoj autonomních senzorů pro použití v chladných podmínkách, například v Arktidě nebo ve vysokohorských oblastech, které fungují výhradně na okolním ledu a mořské soli, bez nutnosti použití běžných baterií.
Tento jev může hrát dosud neznámou roli při vzniku statické elektřiny v oblacích , ovlivňovat tvorbu ledu a možná i vznik blesků.
Může to být také užitečné při vývoji materiálů pro získávání energie. Lze vyvinout materiály nebo povrchy, které tento efekt maximálně zesilují a jsou schopné zachytit mechanickou energii (například energii částic solného ledu přenášených větrem) a přeměnit ji na elektrické impulsy, které jsou užitečné v mikrozařízeních.
„Navíc může tento jev zlepšit naše pochopení přírodních procesů probíhajících v ledových prostředích, jako jsou ledovce,“ uzavírá tisková zpráva, „a přítomnosti elektrické aktivity na ledových měsících naší sluneční soustavy, jako jsou Europa a Enceladus.“
