Naukowcy z Clemson's Nanomaterial's Institute (CNI) są o krok bliżej do bezprzewodowego zasilania świata za pomocą tryboelektryczności, zielonego źródła energii
Około rok temu zespół fizyków z CNI wynalazł ultraprosty nanogenerator tryboelektryczny (U-TENG). U-TENG wykonany z tworzywa sztucznego i taśmy to niewielkie urządzenie, które generuje energię elektryczną w wyniku ruchu i wibracji. Klaskanie lub stukanie w stopy generowało napięcie, które jest następnie odbierane przez obwód zewnętrzny i przechowywane w kondensatorze lub baterii, aż do naładowania.
Około dziewięć miesięcy później naukowcy opublikowali artykuł w czasopiśmie Advanced Energy Materials, w którym stwierdzono, że stworzyli bezprzewodowy TENG lub W-TENG. W-TENG jest również wykonany przez tych samych badaczy z U-TENG. W W-TENG tworzywo sztuczne zastąpiono grafenem (pojedyncza warstwa grafitu ołowiu) i polikwasem mlekowym (PLA). PLA lepiej rozdziela ładunki dodatnie i ujemne, ale nie przewodzi elektryczności, ponieważ badacze połączyli go z grafenem. Taśma kaptonowa, która jest materiałem pochłaniającym energię elektryczną w U-TENG, jest zamieniana na teflon w W-TENG.
Po uzyskaniu grafenu w procesie „sonikacji” i włókna PLA oraz umieszczeniu go w drukarce 3-D, z powodzeniem wykonali W-TENG.
„Używamy teflonu, ponieważ zawiera on wiele grup fluoru, które są silnie elektroujemne, podczas gdy grafen-PLA jest wysoce elektrododatni. To dobry sposób na zestawianie i tworzenie wysokich napięć ”- powiedział Ramakrishna Podila, autor korespondujący z badaniem i adiunkt w Clemson.
W-TENG jest w stanie wygenerować maksymalnie 3000 woltów, co wystarcza do zasilenia 25 standardowych gniazdek lub monitora LCD. Dzięki wysokiemu napięciu W-TENG generuje wokół siebie pole elektryczne, które można wykryć bezprzewodowo. Tak więc bezprzewodowa energia elektryczna może być przechowywana w kondensatorze i bateriach.
„To nie tylko daje energię, ale możesz używać pola elektrycznego również jako pilota zdalnego sterowania. Na przykład możesz dotknąć W-TENG i użyć jego pola elektrycznego jako „przycisku” do otwierania drzwi garażowych, lub możesz aktywować system bezpieczeństwa - wszystko bez baterii, pasywnie i bezprzewodowo ”- powiedział Sai Sunil Mallineni, pierwszy autor pracy i doktorant student fizyki i astronomii.
W-TENG ma liczne zastosowania, jak w kosmosie, na środku oceanu, a nawet na polu bitwy. „Kilka krajów rozwijających się potrzebuje dużo energii, chociaż możemy nie mieć dostępu do baterii lub gniazdek elektrycznych w takich miejscach, a wynalazek zespołu ma wyraźne zastosowanie filantropijne” - powiedział Podila. „W-TENG może być jednym z czystszych sposobów wytwarzania energii na tych obszarach”.
Zespół naukowców ponownie kieruje się Mallineni w procesie opatentowania W-TENG za pośrednictwem Clemson University Research Foundation. Profesor Apparao Rao, dyrektor Clemson Nanomaterials Institute, rozmawiał z partnerami przemysłowymi o integracji W-TENG z zastosowaniami energetycznymi.
Co więcej, przed rozpoczęciem produkcji przemysłowej, Podila powiedział, że należy przeprowadzić dalsze badania, aby wymienić teflon na bardziej przyjazny dla środowiska materiał elektroujemny. Yongchang Dong, inny student CNI, poprowadził prace nad demonstracją MXene-TENG, które zostały opublikowane w artykule w czasopiśmie Nano Energy w okolicach listopada 2017 roku. Herbert Behlow i Sriparna Bhattacharya z CNI również przekazali te badania.
Czy W-TENG wywrze wpływ na sferę alternatywnych, odnawialnych źródeł energii? Rao powiedział, że wszystko sprowadzi się do ekonomii.
„Możemy to posunąć tylko do naukowców; ekonomia musi się wypracować, aby W-TENG odniosło sukces ”- powiedział Rao.