INOVATÍVNE ZARIADENIE ZBIERA A VYTVÁRA UDRŽATEĽNÚ ENERGIU

Publikoval: ejrick van newman
11. februára 2024

Prevratné zariadenie na zber energie inšpirované prírodným svetom je nastavené tak, aby spôsobilo revolúciu v tom, ako vyrábame elektrinu z dažďa a vetra.

Táto technológia, ktorú vytvoril tím vedcov, efektívne premieňa energiu z dažďových kvapiek a vetra na elektrickú energiu. Výskum, ktorý viedol Ravinder Dahiya z Northeastern University, bol podrobne popísaný v publikácii v „ACS Sustainable Chemistry & Engineering“.

Zariadenie, ktoré sa inšpirovalo štruktúrou listov, predstavuje významný pokrok v získavaní energie. Tradičné metódy sa zvyčajne zameriavajú na využitie jediného typu okolitej energie, ako je slnečné svetlo alebo teplo, ktoré sú len niekedy trvalo dostupné. Tento nový prístup však bezproblémovo integruje dva typy zberačov energie: jeden pre dažďové kvapky a druhý pre vietor, čím poskytuje spoľahlivejší a stálejší zdroj energie.

Dahiya zdôrazňuje potrebu takýchto inovácií: „Naliehavo potrebujeme distribuované, čisté a udržateľné energetické riešenia na napájanie senzorových sietí potrebných pre inteligentnú infraštruktúru a monitorovanie životného prostredia,“ vysvetľuje. Zariadenia podobné listom, ktoré vyvinuli, sú šikovné na zachytávanie energie z vetra aj dažďa, čo z nich robí všestranné a praktické riešenie na výrobu elektriny v rôznych prostrediach.

Dvojfunkčné zariadenie využíva špecializovaný nanogenerátor pozostávajúci z dvoch odlišných vrstiev. Jedna vrstva je navrhnutá tak, aby zachytávala kinetickú energiu padajúcich dažďových kvapiek, zatiaľ čo druhá využíva veternú energiu. Obe vrstvy sú vyrobené z udržateľných textilných materiálov ošetrených pokročilými nanopovlakmi na zvýšenie elektrického výkonu.

Mechanizmus, ktorý je základom zberu energie dažďových kvapiek, je obzvlášť dômyselný. Zahŕňa triboelektrický efekt kombinovaný so samoobnovujúcim sa hydrofóbnym povrchovým náterom. Keď kvapky dažďa dopadnú na zariadenie, ich kinetická energia vytvorí kladné a záporné náboje na samostatných elektródach. Vodoodpudivý povlak napomáha v tomto procese tým, že spôsobuje, že sa kvapôčky pri náraze šíria a zmršťujú, čím uľahčuje pohyb elektrónov na generovanie elektrického prúdu.

Podobne funguje zber veternej energie prostredníctvom kontaktnej elektrifikácie. Prúdy vzduchu tu spôsobujú, že sa dve textilné vrstvy opakovane dotýkajú a oddeľujú, čím vznikajú náboje premenené na elektrinu. Kombinácia týchto dvoch mechanizmov umožňuje zariadeniu v akomkoľvek danom čase pasívne vyrábať elektrinu z dostupnej okolitej mechanickej energie.

V praktických testoch tento hybridný textilný nanogenerátor ukázal pôsobivé výsledky. Generoval napäťové špičky nad 100 V zo simulovaných dažďových kvapiek a udržiaval výstupy nad 10 V zo slabého vetra. Táto úroveň výkonu je dostatočná na rozsvietenie LED polí a nabíjanie kondenzátorov na ukladanie energie. Výskumníci tiež vyvinuli analytický model na optimalizáciu rôznych konštrukčných parametrov, ako je veľkosť kvapiek a rýchlosť nárazu, čím sa zvyšuje účinnosť zariadenia.

Dr Dahiya rozvádza možnosti zariadenia: „Predložené kombajny v tvare listov efektívne integrujú triboelektrické a kvapôčkové mechanizmy na výrobu elektriny na zachytávanie viacerých okolitých energií,“ hovorí. „Modelované aj namerané výstupy naznačujú, že by mohli spoľahlivo napájať senzory, obvody na prenos údajov a inú elektroniku, ktorá potrebuje až desiatky mikrowattov.“

To, čo odlišuje túto technológiu, je jej udržateľný charakter. Všetky aktívne materiály použité v zariadení sú trvalo udržateľné, biologicky odbúrateľné textílie a nanoštruktúrne povlaky. Na rozdiel od lítiových batérií toto zariadenie neobsahuje žiadne toxické zložky, čo z neho robí ekologickú alternatívu na výrobu energie.

Pri pohľade do budúcnosti vedci predpokladajú ďalšie vylepšenia. Ich cieľom je vyvinúť „elektrické listy“ s optimalizovanou hydrofóbnosťou, ktoré by mohli byť integrované do umelých rastlín. Tieto elektrárne by mohli byť nasadené kdekoľvek a poskytovali nepretržitú pasívnu výrobu elektriny. Takéto pole by mohlo ponúkať plynulé nabíjanie zariadení IoT napájaných z batérie, čím by sa zabezpečila ich nepretržitá prevádzka.

Celkovo táto štúdia ukazuje potenciál aplikovanej nanovedy a zdôrazňuje, ako môžu materiály a zariadenia aktívne transformovať okolitú energiu na veľmi potrebnú energiu. Otvára nové možnosti vytvárania inteligentnejšej, prispôsobivejšej a udržateľnej infraštruktúry, ktorá bude spĺňať budúce energetické výzvy.

Zdroj: www.nano-magazine.com

PREČÍTAJTE SI AJ

Prelomové objavy v kvantovej výpočtovej technike grafénu

Prelomové objavy v kvantovej výpočtovej technike grafénu

Je to materiál oslavovaný ako transformačný prielom vo svete technológií – a jeho potenciál je prakticky neobmedzený. Grafén, hrubý len jeden atóm, no napriek tomu neuveriteľne silný a vodivý, bol označený ako zásadný prvok pre nespočetné množstvo priemyselných...

Multimodálne e-textílie na báze grafénu

Multimodálne e-textílie na báze grafénu

Prvýkrát v histórii spoločný výskumný tím z Kórejského inštitútu strojov a materiálov (KIMM) a Kórejského pokročilého inštitútu vedy a techniky (KAIST) vyvinul prispôsobené elektronické textílie s použitím grafénu. Prelomovú technológiu viedol hlavný výskumník...

Nanotechnológia v boji proti zmene klímy: stavebné materiály

Nanotechnológia v boji proti zmene klímy: stavebné materiály

Stavebné materiály – ako je betón, cement a asfalt – sú jedny z najpoužívanejších materiálov na svete a sú hlavnými prispievateľmi k emisiám uhlíka. A ich používanie sa v budúcnosti nezníži, pretože ľudia musia vytvárať nové budovy a cesty tvárou v tvár neustále...

Kľúč k inteligentnejšej filtrácii a udržateľnej energii

Kľúč k inteligentnejšej filtrácii a udržateľnej energii

Kľúč k inteligentnejšej filtrácii a udržateľnej energii Prevratný výskum odhalil mimoriadny jav, pri ktorom sa voda môže priamo zapájať do elektrónov grafénu, pozoruhodnej mriežky atómov uhlíka usporiadaných do voštinovej štruktúry. Tento podmanivý objav kvantového...

Magnetický materiál čistí mikroplasty z vody

Magnetický materiál čistí mikroplasty z vody

Výskumníci z univerzity RMIT našli inovatívny spôsob, ako rýchlo odstrániť nebezpečné mikroplasty z vody pomocou magnetov. Vedúca výskumu profesorka Nicky Eshtiaghi uviedla, že existujúcim metódam môže trvať niekoľko dní odstránenie mikroplastov z vody, zatiaľ čo ich...

Inovatívna ťažba zlata vďaka nanočasticiam

Inovatívna ťažba zlata vďaka nanočasticiam

Zlato, najžiadanejší ušľachtilý kov, fascinuje ľudstvo po stáročia. Nedávny prelomový výskum spôsobil revolúciu v našom chápaní transportu a akumulácie zlata odhalením jedinečnej schopnosti nanočastíc zlata taviť sa a vytvárať nanomateliny zlata pri nižších teplotách....

Nové solárne články inšpirované očami hmyzu

Nové solárne články inšpirované očami hmyzu

Zbalenie malých solárnych článkov, ako sú mikrošošovky v zloženom oku hmyzu, by mohlo pripraviť cestu k novej generácii pokročilej fotovoltaiky, tvrdia vedci zo Stanfordskej univerzity. "Perovskity sú sľubné, lacné materiály, ktoré premieňajú slnečné svetlo na...

Čistejší vzduch v tuneloch vďaka betónu

Čistejší vzduch v tuneloch vďaka betónu

Kvalita vzduchu v podzemných cestných tuneloch býva horšia ako v iných cestných prostrediach v dôsledku zlej cirkulácie vzduchu. Na vyriešenie tohto problému vyvinuli výskumníci z Kórejského inštitútu stavebného inžinierstva a stavebných technológií (KICT)...

Živé a dýchajúce budovy vďaka termitom

Živé a dýchajúce budovy vďaka termitom

Spomedzi približne 2 000 známych druhov termitov sú niektorí inžinieri ekosystémov. Kopce postavené niektorými rodmi, napríklad Amitermes, Macrotermes, Nasutitermes a Odontotermes, dosahujú výšku až osem metrov, čo z nich robí jedny z najväčších biologických štruktúr...

Používanie AI na nájdenie vzácnych minerálov

Používanie AI na nájdenie vzácnych minerálov

Model strojového učenia dokáže predpovedať umiestnenie minerálov na Zemi – a potenciálne aj na iných planétach – využitím vzorov v minerálnych asociáciách. Veda a priemysel hľadajú ložiská nerastov, aby lepšie porozumeli histórii našej planéty a ťažili ich pre...

Udržateľné batérie pre budúcnosť

Udržateľné batérie pre budúcnosť

Batérie sú nevyhnutné pre globálne úsilie o zníženie spotreby fosílnych palív. Výzvy však pretrvávajú: ich výroba si vyžaduje veľa energie, použité materiály sú vzácne a batérie sa ťažko recyklujú. Niekoľko výskumných skupín na Inštitúte vedy a techniky v Rakúsku...

Zachytávanie uhlíka z atmosféry je možné

Zachytávanie uhlíka z atmosféry je možné

Technológie priameho zachytávania vzduchu (DAC) ponúkajú nové príležitosti na priblíženie sa k našim cieľom v oblasti zmierňovania zmeny klímy. Máme však pred sebou ešte dlhú cestu, kým bude možné plne zaviesť DAC ako zmierňujúce opatrenie. Medzivládny panel OSN pre...

Umelá inteligencia proti znečisteniu ovzdušia

Umelá inteligencia proti znečisteniu ovzdušia

99% svetovej populácie dýcha vzduch, ktorý prekračuje limity odporúčané Svetovou zdravotníckou organizáciou (WHO). Tento scenár sa zhoršuje v mestských oblastiach, kde je sústredených viac ako 50 % svetovej populácie. Na zmiernenie problému znečistenia ovzdušia, ktoré...

Nové organické solárne články budúcnosti

Nové organické solárne články budúcnosti

Vzhľadom na nedávne zlepšenia v účinnosti, s akou dokážu solárne články vyrobené z organických (uhlíkových) polovodičov premieňať slnečné svetlo na elektrinu, sa zlepšenie dlhodobej stability týchto fotovoltaických zariadení stáva čoraz dôležitejšou témou. Reálne...

Vývoj najmenšieho ozubeného kolesa na svete

Vývoj najmenšieho ozubeného kolesa na svete

Stále menšie a zložitejšie – bez miniaturizácie by sme dnes nemali komponenty, ktoré sú potrebné pre vysokovýkonné notebooky, kompaktné smartfóny alebo endoskopy s vysokým rozlíšením. V súčasnosti prebieha výskum v nanoúrovni na spínačoch, rotoroch alebo motoroch,...

autor

ejrick van newman

Komentáre

0 komentárov

Pridaj komentár