211service.com
Hoe wrijving op een dag uw mobiele telefoon kan opladen
Het fenomeen dat een pijnlijke schok veroorzaakt wanneer je metaal aanraakt nadat je je schoenen over het tapijt hebt gesleept, zou ooit kunnen worden gebruikt om persoonlijke elektronica op te laden.
Onderzoekers van Georgia Tech hebben een apparaat gemaakt dat gebruikmaakt van statische elektriciteit om beweging - zoals een telefoon die in je zak rondstuitert - om te zetten in voldoende stroom om de batterij van een mobiele telefoon op te laden. Het is de eerste demonstratie dat dit soort materialen genoeg kracht hebben om persoonlijke elektronica van stroom te voorzien.
Overtollige energie die wordt geproduceerd wanneer u loopt, friemelt of zelfs ademt, kan in theorie worden weggevangen om medische implantaten en andere elektronica van stroom te voorzien. Het is echter een uitdaging om te profiteren van de energie in deze kleine bewegingen.
Zhong Lin Wang , een professor in materiaalkunde aan Georgia Tech, werkt al enkele jaren aan het probleem, voornamelijk gericht op piëzo-elektrische materialen die een elektrische spanning genereren onder mechanische belasting (zie Hamsterkracht gebruiken met een nanogenerator ). Wang en anderen hebben het piëzo-elektrische effect versterkt door materialen op nanoschaal te structureren. Tot nu toe hebben piëzo-elektrische nanogeneratoren echter geen erg indrukwekkend vermogen gehad.
Nu heeft de groep van Wang aangetoond dat een andere benadering veelbelovender kan zijn: statische elektriciteit en wrijving. Dit is het effect op het werk als je op een droge dag een plastic kam door je haar haalt, en het gaat rechtop staan. De Georgia Tech-onderzoekers hebben aangetoond dat dit statische ladingsverschijnsel, het tribo-elektrische effect genoemd, kan worden gebruikt om stroom te produceren met behulp van een soort plastic, polyethyleentereftalaat en een metaal. Wanneer dunne films van deze materialen met elkaar in contact komen, worden ze geladen. En wanneer de twee films worden gebogen, stroomt er een stroom tussen die kan worden gebruikt om een batterij op te laden. Wanneer de twee oppervlakken een patroon hebben met structuren op nanoschaal, is hun oppervlakte veel groter, en dat geldt ook voor de wrijving tussen de materialen - en de kracht die ze kunnen produceren.
De nanogenerator van Georgia Tech kan 10 tot 15 procent van de energie in mechanische bewegingen omzetten in elektriciteit, en dunnere materialen zouden wel 40 procent moeten kunnen omzetten, zegt Wang. Een vierkant van het tribo-elektrische nanomateriaal ter grootte van een vingernagel kan acht milliwatt produceren wanneer het wordt gebogen, genoeg vermogen om een pacemaker te laten werken. Een patch van vijf bij vijf centimeter kan 600 LED's tegelijk laten oplichten of een lithium-ionbatterij opladen die vervolgens een commerciële mobiele telefoon van stroom kan voorzien. Wang's groep beschreef deze resultaten online in het tijdschrift Nano-letters .
De materiaalkeuze is groot en het fabriceren van het apparaat is eenvoudig, zegt Wang. Elk van de ongeveer 50 gangbare kunststoffen, metalen en andere materialen kan worden gecombineerd om dit type apparaat te maken.
Ik ben onder de indruk van de vermogensdichtheid hier, zegt Shashank Priya , directeur van het Center for Energy Harvesting Materials and Systems bij Virginia Tech. Andere slimme materialen hebben niet genoeg stroom geproduceerd voor praktische toepassingen, zegt hij.
Of de nieuwe nanogenerator ook buiten het lab zal werken, valt nog te bezien. Ze moeten aantonen dat dit in het echte leven kracht kan genereren uit mechanische trillingen, zegt Jiangyu Li , hoogleraar werktuigbouwkunde aan de Universiteit van Washington in Seattle. Om in de echte wereld te werken, moet een energievanger de trillingsfrequenties kunnen oppikken die de meeste energie leveren. Een nanogenerator die alleen mechanische trillingen met een laag energieverbruik kan opvangen, zou veel te lang duren om een mobiele telefoon op te laden, merkt Priya op. Wang zegt dat hij in gesprek is met bedrijven over de ontwikkeling van de energievanger voor bepaalde toepassingen, en stelt zich voor dat hij aan een armband wordt gedragen.