마술사의 플레이북에서 힌트를 얻어 과학자들은 희박한 공기에서 전기를 끌어오는 방법을 고안했다. 오늘 나온 새로운 연구는 어떤 물질이든 공기 중의 습기로부터 전기를 안정적으로 공급할 수 있는 방법을 제시한다.

필요한 모든 것은 한 쌍의 전극과 직경이 100나노미터 미만인 아주 작은 구멍을 갖도록 설계된 특수 재료이다. 사람 머리카락 굵기의 1000분의 1도 안 되는 굵기이다.

작동 방식은 다음과 같다. 어드밴스드 머티리얼스 저널에 발표된 새로운 논문에 따르면 작은 구멍은 물 분자가 통과하고 물 분자에 의해 운반되는 전하 축적으로부터 전기를 생성할 수 있도록 한다.

과학자의 디자인은 구름에서 번개가 형성되는 방식을 모방한다. NURPHOTO/NURPHOTO/GETTY IMAGES

이 프로세스는 본질적으로 구름이 번개에서 방출하는 전기를 만드는 방법을 모방한다.

공기 중에 습기가 영구적으로 남아 있기 때문에 이 전기 수확기는 날씨 조건에 관계없이 하루 중 언제든지 작동할 수 있다.

매사추세츠 대학교 애머스트(Amherst)의 전기 엔지니어인 준 야오(Jun Yao) 수석 연구 저자는 Inverse에 "이 기술은 전자 제품에 진정한 '유비쿼터스 전원 공급'으로 이어질 수 있다."고 말한다.

사람이 만든 “구름”

최근의 발견은 공기가 전기로 가득 차 있다는 사실에 의존한다. 구름에는 축적된 전하가 포함되어 있다. 그러나 이러한 볼트에서 전기를 포착하여 사용하는 것은 어렵다.

야오와 그의 동료들은 자연에서 힘을 빼앗는 대신 자연을 재창조할 수 있다는 것을 깨달았다. 연구원들은 이전에 공기 중의 습기로부터 전기를 발화하기 위해 박테리아 유래 단백질을 사용하는 장치를 만들었다. 그러나 그들은 구멍이 충분히 작기만 하면 많은 재료가 작업을 완료할 수 있다는 것을 나중에 깨달았다.

새로운 연구에 따르면, 연구 저자가 공기에서 전기를 추출하는 능력을 의미하는 "Air-gen"이라고 명명한 이러한 유형의 에너지 수확 장치는 "광범위한 무기, 유기 및 생물학적 재료"로 만들 수 있다.

야오는 "초기 발견은 정말 뜻밖의 발견이었다. 따라서 현재 작업은 실제로 우리의 초기 직관을 따랐고 말 그대로 모든 종류의 재료에서 작동하는 Air-gen 효과의 발견으로 이어졌다."고 말했다.

Air-gen 장치는 한 쌍의 전극과 작은 기공으로 가공된 재료만 필요하다. LIU ET AL., 10.1002/ADMA.202300748

물 분자는 서로 부딪히기 전에 공기 중에서 약 100나노미터를 이동할 수 있다. 물이 이 정확한 크기의 구멍으로 채워진 얇은 물질을 통해 이동할 때 전하가 들어가는 물질의 상부에 축적되는 경향이 있다. 더 적은 분자가 더 낮은 층에 도달하기 때문에 이것은 구름 현상과 유사한 전하 불균형을 만든다. 본질적으로 습도에서 작동하는 배터리를 생성한다. 이는 분명히 머리카락을 곱슬하게 만드는 데 유용하지 않다. 재료의 양쪽에 있는 전극은 전원이 필요한 모든 곳으로 전기를 전달한다.

그리고 이러한 재료는 매우 얇기 때문에 수천 개를 쌓을 수 있고 심지어 수 킬로와트의 에너지를 생성할 수도 있다. 미래에 야오는 웨어러블에 전원을 공급할 수 있는 소규모 Air-gen 장치에서 온 가족이 사용할 수 있는 충분한 주스를 제공할 수 있는 장치에 이르기까지 모든 것을 구상한다.

하지만 그런 일이 일어나기 전에 야오는 그의 팀이 더 넓은 표면적에서 전기를 모으는 방법과 추가 공간을 차지하지 않고 장치의 전력을 높이기 위해 시트를 수직으로 쌓는 최선의 방법을 알아내야 한다고 말했다. 그럼에도 불구하고 그는 기술의 미래 잠재력에 대해 흥분하고 있다. "나의 꿈은 언젠가 Air-gen 기술을 사용하여 문자 그대로 언제 어디서나 깨끗한 전기를 얻을 수 있는 것이다."라고 그는 말한다.