Νανογεννήτριες εμπνευσμένες από φύλλα χρησιμοποιούν τη βροχή και τον άνεμο για να παράγουν πράσινη ηλεκτρική ενέργεια με βιώσιμο τρόπο

Αναδημοσίευση από τον Πλάτωνα

Ακολουθούν: 0

17 Ιανουαρίου 2024

(Ειδήσεις Nanowerk) Οι επιστήμονες ανέπτυξαν μια καινοτόμο νέα συσκευή που μπορεί να αξιοποιήσει την ενέργεια από τις σταγόνες της βροχής και τον άνεμο, μετατρέποντάς την σε χρησιμοποιήσιμη ηλεκτρική ενέργεια για την τροφοδοσία ηλεκτρονικών συσκευών. Αυτή η τεχνολογία, που περιγράφεται σε άρθρο που δημοσιεύτηκε στο ACS Βιώσιμη Χημεία & Μηχανική (“Multisource Energy Harvester on Textile and Plants for Clean Energy Generation from Wind and Rainwater Droplets”), προσφέρει έναν βιώσιμο τρόπο παραγωγής ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές περιβάλλοντος. Θα μπορούσε να βοηθήσει να ενεργοποιηθούν αυτοτροφοδοτούμενα δίκτυα αισθητήρων, πομπών δεδομένων και άλλων ηλεκτρονικών εξαρτημάτων που απαιτούνται για την Το Ίντερνετ των πραγμάτων (IoT). Οι ερευνητές διερευνούν διάφορες προσεγγίσεις για τη συλλογή ενέργειας του περιβάλλοντος από το ηλιακό φως, τις δονήσεις, τις διαφορές θερμότητας και άλλες πηγές. Ωστόσο, οι περισσότεροι έχουν επικεντρωθεί σε μεμονωμένους τύπους ενέργειας που δεν είναι συνεχώς διαθέσιμοι. Η νέα μελέτη καταδεικνύει ένα ολοκληρωμένο σύστημα που συνδυάζει έναν συλλέκτη ενέργειας σταγόνας βροχής με έναν συλλέκτη αιολικής ενέργειας για πιο αξιόπιστη παραγωγή ενέργειας. «Χρειαζόμαστε επειγόντως κατανεμημένες, καθαρές και βιώσιμες ενεργειακές λύσεις για την τροφοδοσία των δικτύων αισθητήρων που απαιτούνται για την έξυπνη υποδομή και την περιβαλλοντική παρακολούθηση», δήλωσε ο επικεφαλής ερευνητής Ravinder Dahiya του Northeastern University. «Οι συσκευές εμπνευσμένες από φύλλα που έχουμε αναπτύξει μπορούν να αξιοποιήσουν αποτελεσματικά την ενέργεια του ανέμου και των σταγόνων βροχής για να παράγουν χρησιμοποιήσιμη ηλεκτρική ενέργεια οπουδήποτε. Με περαιτέρω ανάπτυξη, τα τεχνητά δέντρα που χρησιμοποιούν αυτήν την τεχνολογία θα μπορούσαν να αναπτυχθούν για την παθητική παραγωγή ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές». Το νέο σύστημα χρησιμοποιεί ένα εξειδικευμένο νανογεννήτρια με ένα στρώμα σχεδιασμένο για να συλλαμβάνει την ενέργεια των σταγόνων βροχής που πέφτουν και ένα άλλο για να αξιοποιεί την αιολική ενέργεια. Και τα δύο στρώματα είναι κατασκευασμένα από βιώσιμα υφαντικά υλικά επεξεργασμένα με προηγμένες νανοεπικαλύψεις για την ενίσχυση της ηλεκτρικής απόδοσης. Σχηματική εικόνα τεχνητής γεννήτριας ενέργειας πολλαπλών πηγών σε σχήμα φύλλου Schematic image of artificial leaf-shaped multisource energy generator. (© ACS) The droplet energy harvesting functionality works via a mechanism called the triboelectric effect combined with a self-restoring hydrophobic surface coating. Essentially, the kinetic energy of falling droplets causes positive and negative charges to form on separate electrodes. The water-repelling coating makes the droplets spread out and contract cyclically on impact, shuttling electrons back and forth to generate current. The wind harvesting layer operates by a similar principle, but charges are generated by contact electrification between two textile layers as air currents cause them to repeatedly touch and separate. Integrating the two nanogenerators allows the device to passively produce electricity from whatever ambient mechanical energy is available at a given time. In testing, the hybrid textile nanogenerators produced voltage spikes over 100V from simulated raindrops, along with sustained outputs over 10V from light winds. This was enough power to light up arrays of LEDs and charge energy storage capacitors. The researchers also developed an analytical model to optimize design parameters such as droplet size, impact velocity, contact pressure and surface textures. “The presented leaf-shaped harvesters effectively integrate triboelectric and droplet-based electricity generation mechanisms to scavenge multiple ambient energies,” stated Dr. Dahiya. “Both the modeled and measured outputs indicate they could reliably power sensors, data transmission circuits and other electronics needing up to tens of microwatts.” Significantly, all active materials are sustainable, biodegradable textiles and nanostructured coatings. In contrast with lithium batteries, there are no toxic components to dispose of. This makes the technology especially promising for distributed generator networks in environments where maintaining infrastructure is difficult. The authors envision enhancements such as hydrophobicity-optimized “power leaves” that could be incorporated into artificial plants and deployed anywhere for continuous passive generation of useful electricity. Arrays of such plants could for instance provide trickle charging to keep battery-powered IoT devices perpetually operational.
More broadly, this study demonstrates how applied nanoscience can create self-powered systems that solve pressing problems. It shows that materials and devices can do far more than passively behave—they can actively transform ambient energy into precisely what is needed, all without external power. Such technologies point the way toward smarter, more adaptive and more sustainable infrastructure for meeting future challenges.