I nanogeneratori ispirati alle foglie utilizzano la pioggia e il vento per generare elettricità verde in modo sostenibile

Ripubblicato da Platone

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Gennaio 17, 2024

(Notizie Nanowerk) Gli scienziati hanno sviluppato un nuovo dispositivo innovativo in grado di sfruttare l'energia proveniente dalle gocce di pioggia e dal vento, convertendola in elettricità utilizzabile per alimentare i dispositivi elettronici. Questa tecnologia, descritta in un articolo pubblicato su ACS Chimica e ingegneria sostenibili (“Multisource Energy Harvester on Textile and Plants for Clean Energy Generation from Wind and Rainwater Droplets”), offre un modo sostenibile per generare energia da fonti ambientali rinnovabili. Potrebbe aiutare a realizzare reti autoalimentate di sensori, trasmettitori di dati e altri componenti elettronici necessari per il Internet of Things (IoT). I ricercatori stanno esplorando vari approcci per raccogliere l'energia ambientale dalla luce solare, dalle vibrazioni, dai differenziali di calore e da altre fonti. Tuttavia, la maggior parte si è concentrata su singoli tipi di energia che non sono sempre disponibili. Il nuovo studio dimostra un sistema integrato che combina un raccoglitore di energia a goccia con un raccoglitore di energia eolica per una produzione di energia più affidabile. “Abbiamo urgentemente bisogno di soluzioni energetiche distribuite, pulite e sostenibili per alimentare le reti di sensori necessarie per le infrastrutture intelligenti e il monitoraggio ambientale”, ha affermato il ricercatore capo Ravinder Dahiya della Northeastern University. “I dispositivi ispirati alle foglie che abbiamo sviluppato possono sfruttare efficacemente l’energia del vento e delle gocce di pioggia per generare elettricità utilizzabile ovunque. Con un ulteriore sviluppo, gli alberi artificiali che utilizzano questa tecnologia potrebbero essere utilizzati per produrre passivamente energia rinnovabile”. Il nuovo sistema utilizza un sistema specializzato nanogeneratore con uno strato progettato per catturare l'energia delle gocce di pioggia che cadono e un altro per sfruttare l'energia eolica. Entrambi gli strati sono realizzati con materiali tessili sostenibili trattati con nanorivestimenti avanzati per migliorare le uscite elettriche. Immagine schematica del generatore di energia multisorgente artificiale a forma di foglia 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.