Инновационное устройство собирает статическое электричество из падающего снега для возобновляемой энергии

Первый в мире наногенератор на снежной основе производит электричество и работает как датчик

Исследователи построили первый в своем роде прибор для генерации статического электричества из падающего снега. Его можно интегрировать с солнечными панелями для получения непрерывной энергии в снежных условиях. Он также функционирует как самопитющийся датчик для мониторинга направления ветра и интенсивности снегопада.

В районах с снегопадами довольно трудно получить доступ к зеленым, возобновляемым источникам энергии, таким как ветряные турбины и солнечная энергия. Экстремальные погодные условия — короткие световые периоды, продолжительная облачность, ниженулевые температуры и сильное накопление снега — могут влиять на генерацию энергии.

Несколько альтернативных техник используют такие местные погодные условия и обеспечивают более жизнеспособную стратегию генерации энергии. Однако обычные метеорологические датчики и погодные станции имеют много ограничений, например, их способность работать в таких экстремальных средах, сложный дизайн, стоимость и потребность в устойчивом источнике питания для эффективной работы.

Недавно исследователи Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA) разработали новое устройство, способное генерировать электричество из падающего снега. Это недорогой первый в своем роде прибор, гибкий как пластиковый лист.

Снежный трибоэлектрический наногенератор

Это изобретательное устройство может измерять количество выпадающего снега, направление снега и скорость ветра. Наногенератор создает заряд через статическое электричество и генерирует энергию через обмен электронами.

Когда один материал взаимодействует с другим, он захватывает электроны, в то время как другой отдает электроны. Так можно разделить заряды и генерировать статическое электричество.

В этом случае снег содержит положительные заряды и готов отдавать электроны. Исследовательская команда использовала синтетический резиноподобный материал (силикон), состоящий из атомов кислорода и кремния, а также водорода, углерода и других элементов. Поскольку этот материал содержит отрицательные заряды, при контакте со снегом он создает заряд, который захватывается устройством для производства электричества.

Источник: Science Direct | DOI:10.1016/j.nanoen.2019.03.032 | UCLA

Это недорогой 3D-печатный прибор состоит из листа силикона и электрода для захвата заряда. Его легко изготовить благодаря широкой доступности силикона, который широко используется в широком спектре продуктов, от биомедицинских имплантов до изоляции электрических проводов.

Для лучшей производительности материал должен уметь собирать как можно больше электронов. Исследователи протестировали различные материалы для этой работы и обнаружили, что силикон генерирует больше заряда, чем другие материалы, такие как тефлон и алюминиевые фольги.

Более конкретно, устройство может генерировать плотность мощности 0,2 мВт/м² и напряжение холостого хода до 8 В. Его можно интегрировать с обычными солнечными панелями для получения непрерывной энергии в снежных условиях.

Другие применения

Наногенератор может точно отслеживать зимние виды спорта, такие как лыжи, и улучшать производительность спортсменов при прыжках, беге или ходьбе. Он также может идентифицировать параметры, которые нельзя обнаружить с умными часами, такие как основные паттерны движений, используемые в лыжном беге.

Это может помочь следующему поколению самопитных носимых устройств лучше отслеживать производительность спортсменов и показывать, маршируют ли они, прыгают, идут или бегут.