Новости химической науки > Шагаем и генерируем статическое электричество

Можно сказать, что мы приблизились еще на один шаг к возможности зарядить аккумулятор нашего планшета или телефона, просто шагая по своим делам. Исследователи из США и Китая разработали новый генератор, который способен производить достаточное количество электроэнергии за счет конверсии статического электричества.

Со школы мы знаем, что при трении изделий из двух различных материалов (например – волос и расчески), однако вот уже столетия исследователи пытаются использовать это явление – трибоэлектрический эффект в качестве полезного источника энергии.

При соприкосновении поверхностей из золота и полимера создается достаточное количество электроэнергии, чтобы зарядить мобильник просто при ходьбе. (Рисунок из Nano Lett., 2013, DOI: 10.1021/nl4001053)

Исследователям из группы Чжон Лин Вонга (Zhong Lin Wang) из Технологического Института Джорджии (Атланта) удалось создать устройство, приручающее «капризный» эффект. Исследователи покрыли поверхность полимера тонкой пленкой из золота, на котором, в свою очередь, были распределены наночастицы золота. Над этой поверхностью, на расстоянии не более миллиметра находился второй слой полимера, покрытый пленкой из золота. Две золотые поверхности были связаны друг с другом с помощью проводов, образуя цепь внешней нагрузки.

Вонг поясняет, что при сжатии дух поверхностей по направлению друг к другу благодаря сжатию возникает трение, приводящее к генерации статического электричества, при этом один из двух слоев приобретает, а другой – теряет электроны. Когда давление снимается, и расстояние между поверхностями увеличивается, заряды оказываются разделенными, и, через цепь внешней нагрузки, заряд может быть использован для совершения полезной работы. При новом сближении поверхностей в результате повторного приложения механической нагрузки процесс повторяется и может продолжаться и продолжаться.

Исследователи сделали трибоэлектрический генератор с площадью поверхности 5 см², с помощью которого им удалось запитать систему из 600 серийных светоизлучающих диодов, было определено, что максимальная мощность, которая наблюдалась, если наступить на генератор или убрать ногу с него, более, чем 1 Ватт. Подобные генераторы с большей площадью могут быть инкорпорированы в обувь или смонтированы под дорожным покрытием или полом. Если систему масштабировать, можно добиться получения около 300 Ватт энергии на один квадратный метр площади. Вонг полагает, что такие генераторы можно внедрить даже в автомобильные колеса, подчеркивая, что использование поверхности с нанесенными наночастицами позволяет увеличить полезную площадь и повысить эффективность переноса заряда. Исследователи полагают, что золото не является ключом к эффективности электрогенератора нового типа – в принципе, в трибоэлектрическом генераторе может работать любой металл.

Пол Митчесон (Paul Mitcheson), эксперт по устройствам для генерации энергии, тем не менее, отмечает, что средний выход энергии при работе устройства существенно ниже, чем его пиковая мощность. Он добавляет, что трибоэлектричество нельзя считать дармовым источником энергии – человеку, одетому в кроссовки с генераторами в подошве придется затрачивать чуть большее сил, чтобы идти, а машине с генераторами в протекторах придется тратить чуть больше топлива на перемещение.

Источник: Nano Lett., 2013, DOI: 10.1021/nl4001053

метки статьи: #нанотехнологии, #физическая химия, #электрохимия