Ερευνητές από το Ινστιτούτο Nanomaterial του Clemson (CNI) είναι ένα βήμα πιο κοντά στην ασύρματη τροφοδοσία του κόσμου χρησιμοποιώντας την τριβοηλεκτρική ενέργεια, μια πράσινη πηγή ενέργειας
Πριν από περίπου ένα χρόνο, μια ομάδα φυσικών στο CNI εφηύρε τον εξαιρετικά απλό τριβοηλεκτρικό νανογεννήτρια (U-TENG). Το U-TENG είναι κατασκευασμένο από πλαστικό και ταινία είναι μια μικρή συσκευή που παράγει ηλεκτρισμό από κίνηση και δόνηση. Με χειροκρότημα ή χτύπημα ποδιών παρήγαγε τάση που λαμβάνεται περαιτέρω από ένα εξωτερικό κύκλωμα και αποθηκεύεται σε πυκνωτή ή μπαταρία μέχρι να φορτιστεί.
Περίπου εννέα μήνες αργότερα, οι ερευνητές δημοσίευσαν ένα έγγραφο στο περιοδικό Advanced Energy Materials, το οποίο ανέφερε ότι έφτιαξαν ένα ασύρματο TENG ή W-TENG. Το W-TENG κατασκευάζεται επίσης από τους ίδιους ερευνητές του U-TENG. Στο W-TENG το πλαστικό αντικαθίσταται από γραφένιο (ένα μόνο στρώμα μολύβδου γραφίτη) και πολυγαλακτικό οξύ (PLA). Το PLA είναι καλύτερο στο διαχωρισμό θετικών και αρνητικών φορτίων, αλλά όχι στη διεξαγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, λόγω αυτού οι ερευνητές το συνέδεσαν με γραφένιο. Η ταινία Kapton που είναι το υλικό αρπαγής ηλεκτρικής ενέργειας του U-TENG ανταλλάσσεται με Teflon στο W-TENG.
Αφού πήραν το γραφένιο με τη διαδικασία «υπερήχων» και ίνα PLA και το γέμισαν σε έναν τρισδιάστατο εκτυπωτή, έφτιαξαν με επιτυχία το W-TENG.
«Χρησιμοποιούμε το Teflon επειδή έχει πολλές ομάδες φθορίου που είναι πολύ ηλεκτροαρνητικές, ενώ το graphene-PLA είναι εξαιρετικά ηλεκτροθετικό. Αυτός είναι ένας καλός τρόπος για να αντιπαραβάλλετε και να δημιουργήσετε υψηλές τάσεις », δήλωσε η Ramakrishna Podila, αντίστοιχος συγγραφέας της μελέτης και επίκουρος καθηγητής φυσικής στο Clemson.
Το W-TENG είναι σε θέση να παράγει έως και 3.000 βολτ που επαρκεί για να τροφοδοτήσει 25 τυπικές πρίζες ή μια οθόνη LCD. Λόγω της υψηλής τάσης, το W-TENG παράγει ηλεκτρικό πεδίο γύρω από το οποίο μπορεί να ανιχνευθεί ασύρματα. Έτσι, η ασύρματη ηλεκτρική ενέργεια μπορεί να αποθηκευτεί σε πυκνωτή και μπαταρίες.
«Δεν μπορεί να σας δώσει μόνο ενέργεια, αλλά μπορείτε να χρησιμοποιήσετε το ηλεκτρικό πεδίο επίσης ως ενεργοποιημένο τηλεχειριστήριο. Για παράδειγμα, μπορείτε να πατήσετε το W-TENG και να χρησιμοποιήσετε το ηλεκτρικό πεδίο ως «κουμπί» για να ανοίξετε την πόρτα του γκαράζ σας, ή θα μπορούσατε να ενεργοποιήσετε ένα σύστημα ασφαλείας - όλα χωρίς μπαταρία, παθητικά και ασύρματα », δήλωσε ο Sai Sunil Mallineni, πρώτος συγγραφέας της μελέτης και διδακτορικός φοιτητής φυσικής και αστρονομίας.
Το W-TENG έχει άφθονες εφαρμογές όπως στο διάστημα, στη μέση του ωκεανού ή ακόμα και στο πεδίο της μάχης. «Αρκετές αναπτυσσόμενες χώρες απαιτούν πολλή ενέργεια, αν και ενδέχεται να μην έχουμε πρόσβαση σε μπαταρίες ή πρίζες σε τέτοιες ρυθμίσεις, και υπάρχει μια συγκεκριμένη φιλανθρωπική χρήση για την εφεύρεση της ομάδας», δήλωσε η Podila. "Το W-TENG θα μπορούσε να είναι ένας από τους καθαρότερους τρόπους παραγωγής ενέργειας σε αυτές τις περιοχές."
Η ομάδα του ερευνητή καθοδηγείται και πάλι από τον Mallineni, στη διαδικασία κατοχύρωσης με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας του W-TENG μέσω του Clemson University Research Foundation. Ο καθηγητής Apparao Rao, διευθυντής του Ινστιτούτου Clemson Nanomaterials, συζήτησε με βιομηχανικούς εταίρους για την ενσωμάτωση του W-TENG στην ενεργειακή εφαρμογή.
Επιπλέον, πριν ξεκινήσει η βιομηχανική παραγωγή, η Podila είπε ότι πρέπει να γίνει περισσότερη έρευνα για την ανταλλαγή Teflon με ένα πιο φιλικό προς το περιβάλλον ηλεκτροαρνητικό υλικό. Ο Yongchang Dong, ένας άλλος μαθητής του CNI, ηγήθηκε του έργου για την επίδειξη του MXene-TENG, το οποίο δημοσιεύθηκε σε ένα άρθρο στο περιοδικό Nano Energy κοντά στο Νοέμβριο του 2017. Οι Herbert Behlow και Sriparna Bhattacharya από το CNI μοιράστηκαν επίσης αυτές τις μελέτες.
Το W-TENG θα έχει αντίκτυπο στη σφαίρα εναλλακτικών, ανανεώσιμων πηγών ενέργειας; Ο Ράο είπε ότι θα έρθει στα οικονομικά.
«Μπορούμε να το πάρουμε μόνο ως επιστήμονες. τα οικονομικά πρέπει να επιλυθούν για να είναι επιτυχημένο το W-TENG », είπε ο Rao.