กระแสไฟฟ้าถูกสร้างได้เมื่อน้ำเกลือไหลผ่านสนิมเหล็ก

ในปี ค.ศ. 2014 ทีมนักวิจัยจีนสร้างกระแสไฟฟ้าจากการใช้หยดน้ำเกลือให้วิ่งไหลผ่านแผ่น Graphene – รูปแบบหนึ่งของผลึกคาร์บอน อะตอมเรียงตัวเป็นหกเหลี่ยมแบบรูปรังผึ้ง ผลที่เกิดขึ้น คือ ไม่เกิดประกายไฟ หรือแก๊สเรือนกระจก

กระแสไฟฟ้าเกิดขึ้นได้อย่างไร

เมื่อหยดน้ำเกลืออยู่นิ่งบนแผ่น Graphene ประจุโดยรวมของทั้งสองด้าน Graphene จะเท่ากับศูนย์ แต่เมื่อมันวิ่งผ่านผิว Graphene อิเล็กตรอนที่อยู่ในน้ำเกลือจะถูกปล่อยและถูกดูดซับโดยแผ่น Graphene ทำให้เกิดความต่างศักย์ไฟฟ้า ยิ่งหยดน้ำวิ่งเร็วมากเท่าไหร่ ก็จะสร้างความต่างศักย์ไฟฟ้าที่สูงมากยิ่งขึ้น

แต่กระนั้นก็ได้ความต่างศักย์ไฟฟ้าเพียง 30 มิลลิโวลต์ ในขณะที่ถ่านไฟฉายขนาด AA มีความต่างศักย์ประมาณ 1.5 โวลต์ แต่สิ่งที่นักวิจัยสนใจไม่ใช่เกี่ยวกับความต่างศักย์ที่เกิดขึ้น (ไม่ใช่เรื่องใหม่) แต่เป็นเรื่องขนาด Graphene เพราะการทอแผ่น Graphene ที่มีขนาดบางในระดับนาโนให้มีขนาดใหญ่เป็นเรื่องที่ยาก

ทั้งนี้แผ่น Graphene มีประสิทธิภาพในการแปลงพลังงานจลน์เป็นไฟฟ้าราว ๆ 30% ในขณะที่แผงโซลาร์เซลล์ที่ดีที่สุดตอนนี้อยู่ที่ 20%

นักวิจัยอเมริกันสร้างกระแสไฟฟ้าขณะหยดน้ำเกลือไหลผ่านแผ่นสนิมบาง

ปรากฎการณ์ดังกล่าวถูกตรวจพบโดย Tom Miller ศาสตราจารย์ด้านเคมีจากมหาวิทยาลัย Caltech และศาสตราจารย์ Franz Geiger จากมหาวิทยาลัย Dow

ทั้งนี้ทั้งสองอธิบายว่ากลไกการสร้างกระแสไฟฟ้าจากปรากฎการณ์ดังกล่าวจะดูเหมือนว่าเกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาเคมีคล้ายกับในถ่านไฟฉาย

แต่แท้จริงแล้วขณะที่หยดน้ำเกลือวิ่งผ่านแผ่นสนิมบาง จะเกี่ยวข้องกับการแปลงพลังงานจลน์จากการไหลของหยดน้ำเกลือเป็นพลังงานไฟฟ้า เรียกกระบวนการดังกล่าวว่า “Electrokinetic Effect”

การผลิตแผ่นฟิล์มสนิมในสเกลใหญ่ทำได้ง่ายกว่า Graphene

เมื่อให้แน่ใจว่าแผ่นฟิล์มสนิมที่สร้างขึ้นมีความสม่ำเสมอของผิวสัมผัสมากกว่าสนิมจากธรรมชาติ ทีมวิจัยใช้กระบวนการที่เรียกว่า “Physical Vapor Deposition : PVD” ในการทำให้โลหะธรรมดาอยู่ในรูป Oxide ของโลหะได้ (สนิม คือ Iron Oxide) กระบวนการดังกล่าวอนุญาตให้สร้างแผ่นสนิมได้หนาถึง 10 นาโนเมตร หรือบางกว่าความหนาเส้นผมประมาณ 10,000 เท่า

จากงานวิจัยเมื่อหยดน้ำเกลือวิ่งผ่านแผ่นสนิมเหล็กบางที่สร้างขึ้น จะให้ความต่างศักย์ไฟฟ้าหลายสิบมิลลิโวลต์ และสร้างกระแสไฟฟ้าในหลักของมิลลิแอมแปร์ต่อตารางเซนติเมตร

ไอเดียต่อยอด

ทีมวิจัยเชื่อว่าในอนาคต ถ้าเราใช้แผ่นฟิล์มสนิมนี้ร่วมกับปรากฏการณ์น้ำขึ้นน้ำลง หรือติดกับทุ่นลอยในมหาสมุทรก็สามารถใช้พลังงานไฟฟ้าจากกระบวนการดังกล่าวได้อย่างต่อเนื่องโดยไม่ต้องดูแลมากนัก

Sources:
[1] Energy conversion via metal nanolayers. PNAS, 2019
[2] Generating electricity by moving a droplet of ionic liquid along graphene. nature.com, 2019
[3] Pouring Saltwater Over Graphene Generates Electricity. gizmodo, 2019