Исследователи из Института наноматериалов Клемсона (CNI) на один шаг ближе к беспроводному обеспечению мира с помощью трибоэлектричества, источника зеленой энергии.
Около года назад группа физиков из CNI изобрела сверхпростой трибоэлектрический наногенератор (U-TENG). U-TENG из пластика и ленты представляет собой небольшое устройство, вырабатывающее электричество при движении и вибрации. Хлопая или постукивая ногами, он генерировал напряжение, которое затем принималось внешней схемой и сохранялось в конденсаторе или батарее, пока не зарядился.
Примерно девять месяцев спустя исследователи опубликовали статью в журнале Advanced Energy Materials, в которой говорилось, что они создали беспроводной TENG или W-TENG. W-TENG также производится теми же исследователями U-TENG. В W-TENG пластик заменен на графен (однослойный графитовый свинец) и полимолочную кислоту (PLA). PLA лучше разделяет положительные и отрицательные заряды, но не проводит электричество, поэтому исследователи соединили его с графеном. Каптонная лента, которая является материалом для захвата электричества U-TENG, заменена тефлоном в W-TENG.
После получения графена с помощью процесса «обработки ультразвуком» и волокна PLA и заполнения его в трехмерном принтере они успешно создали W-TENG.
«Мы используем тефлон, потому что он имеет много фторных групп, которые сильно электроотрицательны, тогда как графен-PLA очень электроположителен. Это хороший способ сопоставить и создать высокие напряжения », - сказал Рамакришна Подила, автор исследования и доцент кафедры физики в Клемсоне.
W-TENG может генерировать максимум 3000 вольт, чего достаточно для питания 25 стандартных розеток или ЖК-монитора. Из-за высокого напряжения W-TENG генерирует вокруг себя электрическое поле, которое можно определить по беспроводной сети. Таким образом, беспроводное электричество может храниться в конденсаторах и батареях.
«Он не только дает вам энергию, но и вы можете использовать электрическое поле как управляемый пульт. Например, вы можете нажать на W-TENG и использовать его электрическое поле в качестве «кнопки», чтобы открыть дверь гаража, или вы можете активировать систему безопасности - и все это без батареи, пассивно и без проводов », - сказал Сай Сунил Маллинени, первый автор исследования и доктор философии. студент факультета физики и астрономии.
W-TENG имеет множество применений, например, в космосе, посреди океана или даже на поле боя. «Некоторым развивающимся странам требуется много энергии, хотя у нас может не быть доступа к батареям или розеткам в таких условиях, а изобретение команды имеет определенное благотворительное использование», - сказал Подила. «W-TENG может стать одним из наиболее чистых способов производства энергии в этих областях».
Команда исследователей снова находится под руководством Маллинени в процессе патентования W-TENG через Исследовательский фонд Университета Клемсона. Профессор Аппарао Рао, директор Института наноматериалов Клемсона, обсудил с промышленными партнерами возможность интеграции W-TENG в энергетические приложения.
Более того, перед тем как начать промышленное производство, Подила сказал, что необходимо провести дополнительные исследования, чтобы заменить тефлон на более экологически чистый электроотрицательный материал. Йонгчан Донг, еще один студент CNI, руководил работой по демонстрации MXene-TENG, которая была опубликована в статье в журнале Nano Energy около ноября 2017 года. Герберт Бехлоу и Шрипарна Бхаттачарья из CNI также участвовали в этих исследованиях.
Будет ли W-TENG влиять на область альтернативных возобновляемых источников энергии? Рао сказал, что все сводится к экономике.
«Мы можем зайти так далеко, как ученые; экономика должна работать, чтобы W-TENG был успешным », - сказал Рао.