Nanogeneratoarele inspirate de frunze folosesc ploaia și vântul pentru a genera energie electrică verde în mod durabil

Republicat de Platon

Urmaritori: 0

Jan 17, 2024

(Știri Nanowerk) Oamenii de știință au dezvoltat un nou dispozitiv inovator care poate valorifica energia din picăturile de ploaie și vânt, transformând-o în energie electrică utilizabilă pentru a alimenta electronica. Această tehnologie, descrisă într-o lucrare publicată în ACS Chimie și Inginerie Durabile (“Multisource Energy Harvester on Textile and Plants for Clean Energy Generation from Wind and Rainwater Droplets”), oferă o modalitate durabilă de a genera energie din surse ambientale regenerabile. Ar putea ajuta la activarea rețelelor auto-alimentate de senzori, transmițători de date și alte componente electronice necesare pentru Internetul obiectelor (IoT). Cercetătorii explorează diverse abordări pentru recoltarea energiei ambientale din lumina soarelui, vibrații, diferențe de căldură și alte surse. Cu toate acestea, majoritatea s-au concentrat pe tipuri de energie individuale care nu sunt disponibile în mod continuu. Noul studiu demonstrează un sistem integrat care combină un colector de energie în picături de ploaie cu un colector de energie eoliană pentru o generare de energie mai fiabilă. „Avem nevoie urgent de soluții de energie distribuită, curată și durabilă pentru a alimenta rețelele de senzori necesare pentru infrastructura inteligentă și monitorizarea mediului”, a spus cercetătorul principal Ravinder Dahiya de la Universitatea Northeastern. „Dispozitivele inspirate de frunze pe care le-am dezvoltat pot valorifica eficient energia vântului și a picăturilor de ploaie pentru a genera energie electrică utilizabilă oriunde. Odată cu dezvoltarea ulterioară, copacii artificiali care utilizează această tehnologie ar putea fi desfășurați pentru a produce pasiv energie regenerabilă.” Noul sistem folosește un sistem specializat nanogenerator cu un strat conceput pentru a capta energia picăturilor de ploaie care căde și altul pentru a valorifica energia eoliană. Ambele straturi sunt construite din materiale textile durabile tratate cu nanoacoperiri avansate pentru a îmbunătăți puterea electrică. Imagine schematică a generatorului de energie artificială cu mai multe surse în formă de frunză 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.