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