Zespół naukowców ze Stanów Zjednoczonych i Chin skonstruował urządzenie, które zamienia energię mechaniczną na elektryczną. Lekki generator wystarczy ubrać na plecy i wyjść na spacer. Wibracje wytwarzane przez ciało podczas chodzenia wygenerują prąd na skutek tarcia między szczególnymi materiałami w generatorze. Przyszłość wygląda obiecująco – gadżety elektroniczne naładujemy niezauważenie podczas naszych codziennych czynności.
Tryboelektryczny nanogenerator – TENG (z ang. triboelectric nanogenerator) zbudowany jest z materiałów, które gromadzą ładunek elektryczny o różnej wielkości, powstały na skutek zetknięcia (tarcia) i rozdzielania ich powierzchni. W przypadku ładowania tryboelektrycznego, dodatni ładunek elektryczny powstaje na materiale, który znajduje się wyżej w tzw. szeregu tryboelektrycznym, a ładunek ujemny na materiale, znajdującym się na niższych pozycjach. W tym przypadku, naukowcy wykorzystali tworzywo sztuczne – PTFE (politetrafluoroetylen) znane pod handlową nazwą jako teflon oraz aluminium. Ze wszystkich znanych materiałów PTFE znajduje się najniżej w szeregu tryboelektrycznym, czyli nałatwiej odbiera elektrony od innych materiałów. Aluminium zajmuje pozycję dużo wyższą, więc naładuje się dodatnio. Co ważne – im większe jest oddalenie pozycji dwóch materiałów w szeregu, tym większy powstanie ładunek na skutek kontaktu i rozdzielenia materiałów.
Wielkość powstającego ładunku zależy mi.in. od powierzchni kontaktu, szybkości rozdzielania materiałów i wilgotności otoczenia. Naukowcy zmodyfikowali materiały poprzez stworzenie nanostruktur, które zwiększyły powierzchnię styku pomiędzy nimi, a tym samym całkowitą moc urządzenia. W aluminium zostały wykonane nanootwory (nanopory), a powierzchnia PTFE została pokryta nanodrucikami. W momencie styku materiałów druty wciskane były w otwory maksymalizując powierzchnię kontaktu. Średnica nanodrutów PTFE wynosiła 54±3 nanometry przy średniej długości 1,5±0,5 mikrometra. Odpowiednio w aluminium średnica nanoporów wynosiła 57±5 nanometrów, a głębokość 0,8±0,2 mikrometra.
Urządzenie generujące prąd miało kształt rombowej siatki, która podczas chodzenia była spłaszczana, a następnie wracała do wyjściowej postaci. Romb został podzielony na dziewięć mniejszych komórek w celu zwiększenia wartości prądu wyjściowego (połączenie równoległe). Na cztery ścianki każdej komórki – dwie z dołu pokryte były PTFE a dwie z góry aluminium. Całość została umieszczona w plecaku o całkowitej wadze 2 kilogramów. Podczas testowego spaceru napięcie obwodu otwartego wyniosło 428 V, przy prądzie zwarcia o natężeniu 1,395 mA (szczytowa gęstość mocy 30,7 W/m^2). Wydajność konwersji drgań na energię elektryczną wyniosła 10,62 ± 1,19%.
Zamiana energii drgań podczas chodzenia na enegię elektryczną okazała się wystarczająca do jednoczesnego zasilenia 40 diód LED emitujących światło. Zespół inżynierów z Georgia Institute of Technology, prowadzony przez Zhong Lin Wanga twierdzi, że ich nowatorska konstrukcja TENG może zostać znakomitym, mobilnym źródłem zasilania dla odkrywców, ratowników, czy osób pracujących w terenie. Pomysłowości z pewnością naukowcom nie brakuje. Kilka miesięcy wcześniej opracowali wkładkę do butów działającą na podobnej zasadzie. Być może następnym krokiem wykorzystania nanogeneratorów wytwarzających prąd na skutek naturalnych ludzkich ruchów będą miniaturowe systemy zasilania gadżetów elektronicznych.
Aby zobaczyć jak działa urzadzenie kliknij TUTAJ
Źródło:
[1] Harvesting Energy from the Natural Vibration of Human Walking. ACS Nano, Article ASAP. DOI:0.1021/nn405175z Publication Date: November 1, 2013.
[2] http://pubs.acs.org/doi/suppl/10.1021/nn405175z/suppl_file/nn405175z_si_001.pdf | 12.11.2013
[3] http://www.trifield.com/content/tribo-electric-series/ | 12.11.2013
[4] http://evertiq.pl/news/2236 | 12.11.2013
[5] Walking To School by Elizabeth (Elizabeth/Table4Five), flickr.com, CC BY 2.0