Nanogenerator genereert elektriciteit uit dagelijkse bewegingen

Verbazingwekkend eenvoudige constructie van nanogestructureerd rubber en water

De nieuwe nanogenerator kan vrijwel elke vorm aannemen. Hier creëert hij kracht als een schoenzool bij elke voetbeweging. © Yi et al. Sci. Adv. 2016; 2: e1501624
voorlezen

Elektriciteit gemaakt van rubber en water: Chinese onderzoekers hebben een verbazingwekkend eenvoudige nanogenerator ontwikkeld die elektriciteit produceert door beweging - tribo-elektrisch. De opbrengst is immers voldoende om LED's en eenvoudige sensoren te leveren. Het grote voordeel: het materiaal is zo veelzijdig en flexibel vormbaar dat het kan worden gebruikt als een armband, kussen of schoenzool, zoals de onderzoekers in het tijdschrift "Science Advances" melden.

Of het nu gaat om een ​​polsbandje met sensoren, een slim horloge of elektronische pleisters die onze bloedsuikerspiegel regelen of koorts meten: onze elektronica wordt kleiner en mobieler. Tot nu toe missen deze gadgets echter een krachtbron die net zo minimalistisch, mobiel en elastisch is als ze zijn.

Energie van contact en wrijving

Deze kloof kan nu worden gedicht door Fang Yi van de Beijing University of Science and Technology en zijn collega's met hun tribo-elektrische nanogeneratoren (TENG). Deze maken gebruik van de elektrische lading van materialen door wrijving of herhaald contact. Voorwaarde is dat beide stoffen een andere affiniteit hebben voor elektronen

"Tribo-elektrische nanogeneratoren, die mechanische energie omzetten door een combinatie van tribo-elektrisch effect en elektrostatische lading, zijn veelbelovende" energie-oogstmachines ", verklaren de onderzoekers. "Omdat ze gemakkelijk te produceren zijn, weinig kosten, niet veel wegen, efficiënt zijn en bovendien milieuvriendelijk zijn." Vroeger hadden TENG's echter te lijden onder het feit dat ze vaak uit onbuigzame materialen bestonden en slecht schaalbaar waren.

Dit is hoe het principe werkt: elektronen stromen door de vervorming van het rubber en de afstand tot de aarde - er wordt wisselstroom gegenereerd. I Yi et al. Sci. Adv. 2016; 2: e1501624

Rubber met nano-puistjes en water

Nu hebben Yi en zijn collega's een nanogenerator ontwikkeld die extreem elastisch en veelzijdig is. In principe bestaat zijn "vorm-adaptieve TENG" (saTENG) uit weinig meer dan een zoutoplossing of water als een elektrode en een schaal van elastisch polymeer. Het polymeer heeft een nanogestructureerd nanogestructureerd oppervlak dat de interactie van water en kunststof optimaliseert. tonen

Door contact met een geaard object en door vervorming van de generator, absorbeert de waterelektrode afwisselend elektronen, zoals de onderzoekers uitleggen. Het voordeel hier is dat de saTENG in bijna elke vorm kan worden geproduceerd en gebruikt en zelfs werkt als het tot 300 procent wordt uitgerekt als een met water gevulde rubberen band.

Werkt als schoenzool, polsband of sensor

Of en hoe goed deze generator werkt, hebben de onderzoekers verschillende modellen en varianten geprobeerd. Bij de eerste poging maakten ze hun TENG in de vorm van een zool en plakten het onder de schoenen van vrijwilligers. Als deze nu met deze schoen de grond raken of optillen, stroomde elke keer een stoot elektronen in aangesloten LED's en verlichtte ze.

Een andere variant is een nanogenerator in de vorm van een armband. Extern is dit nauwelijks te onderscheiden van een van de typische fitnesstracker. Als de testpersonen met deze armband op de armband trokken, wekte de saTENG elektriciteit op. "Eén cyclus van dergelijke tikken kan meer dan 80 LED's laten schijnen. Dat toont zijn effectiviteit als draagbare stroombron, " benadrukken Yi en zijn collega's.

Deze saTENG is ontworpen als polsband en geeft een batterij vrij wanneer u hem een ​​duwtje geeft. I Yi et al. Sci. Adv. 2016; 2: e1501624

Als de rubber-watergenerator wordt gebruikt om een ​​elastische polsband voor de bovenarm te maken, kan deze zelfs als zelfvoedingssensor dienen.De arm buigt en strekt zich uit, waardoor de diameter van de biceps verandert en dus de maat Bestrijd het contactoppervlak tussen TENG en de huid. Hierdoor kan de sensor de armpositie meten en tegelijkertijd stroom genereren: "Deze periodieke verandering in het contactgebied creëert een stroom elektronen die heen en weer stromen tussen de waterelektrode van de saTENG en de aarde, " legt uit Zeggen de onderzoekers.

"Toepassingen zijn er in overvloed"

Volgens Yi en zijn collega's kunnen tribo-elektrische nanogeneratoren veel nuttige toepassingen bieden door hun aanpassingsvermogen, veelzijdigheid en veelzijdigheid. "Dit concept kan nuttig zijn voor draagbare elektronica, implanteerbare apparaten of haptische sensoren op gebieden zoals sport, robotica, amusement of medicijnen", zeggen de wetenschappers.

Als de nanogenerators worden geproduceerd in een platte kussenvorm, kunnen ze zelfs worden gebruikt als een stroomgenererende vloerbedekking of matras, zoals de onderzoekers aantonen met een ander prototype: een 1, 83 meter lange en 69 centimeter brede saTENG-mat geproduceerd door herhaaldelijk aanraken met een ongeveer voetmaat Acrylplaat heeft immers voldoende vermogen om 170 LED's te laten oplichten. (Science Advances, 2016; doi: 10.1126 / sciadv.1501624)

(Science Advances, 20.06.2016 - NPO)