葉っぱからインスピレーションを得たナノ発電機は、雨と風を利用してグリーン電力を持続的に生成します

(Nanowerkニュース) 科学者たちは、雨滴や風からのエネルギーを利用し、それを電子機器に電力を供給するために使用可能な電気に変換できる革新的な新しい装置を開発しました。このテクノロジーは、 ACS Sustainable Chemistry＆Engineering (“Multisource Energy Harvester on Textile and Plants for Clean Energy Generation from Wind and Rainwater Droplets”）は、再生可能な周囲資源から電力を生成する持続可能な方法を提供します。これは、センサー、データ送信機、その他の電子コンポーネントに必要な自己給電型ネットワークの実現に役立つ可能性があります。 インターネットのもの（IoT）。研究者たちは、太陽光、振動、熱差、その他の源から周囲エネルギーを収集するためのさまざまなアプローチを模索しています。しかし、ほとんどは継続的に利用できない単一のエネルギータイプに焦点を当てています。新しい研究では、より信頼性の高い発電を実現するために、雨滴エネルギーハーベスターと風力エネルギーハーベスターを組み合わせた統合システムを実証しています。ノースイースタン大学の主任研究員ラビンダー・ダヒヤ氏は、「スマートインフラや環境監視に必要なセンサーネットワークに電力を供給する、分散型でクリーンで持続可能なエネルギーソリューションが緊急に必要だ」と述べた。 「私たちが開発した葉っぱからインスピレーションを得たデバイスは、風や雨滴のエネルギーを効果的に利用して、どこでも使用可能な電力を生成できます。さらなる開発が進めば、この技術を利用した人工樹木を導入して、再生可能電力を受動的に生成することができるでしょう。」新しいシステムでは、専用の ナノ発電機 1 つの層は落ちる雨滴のエネルギーを捉えるように設計され、もう 1 つの層は風力を利用するように設計されています。どちらの層も、電気出力を高めるために高度なナノコーティングで処理された持続可能な繊維素材から作られています。 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.

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• 情報源： https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news3/newsid=64436.php