Gdy jeep jechał, jego diody LED zaczęły migać. Ale zamiast akumulatora zabawki zasilającego światła, jak można się spodziewać, nanogenerator na oponach Jeepa zebrał energię tarcia, aby je zasilić.
Opracowany przez inżynierów z University of Wisconsin w Madison i Zhengzhou University w Chinach, ten nanogenerator może ostatecznie zwiększyć wydajność prawdziwych samochodów. Umieszczając elektrody na oponach, naukowcy wymyślili, jak wychwytywać energię ze zmieniającego się potencjału elektrycznego między oponami a drogą. Ten rodzaj energii jest zwykle marnowany, ale nanogeneratory umożliwiają jego zbieranie i przekierowywanie w stronę akumulatora samochodowego, o czym niedawno informowali w czasopiśmie Nano Energy .
„Jestem bardzo podekscytowany”, mówi kierownik projektu Xudong Wang, profesor nadzwyczajny inżynierii materiałowej i inżynierii na uniwersytecie.
Nanogenerator działa na zasadzie zwanej efektem tryboelektrycznym, wyjaśnia Wang. Efekt tryboelektryczny to ładunek pochodzący z tarcia niektórych rodzajów materiałów. Przykładem jest wstrząs elektrostatyczny po otarciu stóp o dywan, podobnie jak ładunek wytwarzany przez gumowe opony samochodowe i drogi asfaltowe, gdy się zetkną.
Zespół Wanga eksperymentuje z nanogeneratorami - elektrodami przekształcającymi energię mechaniczną w elektryczność - od kilku lat. Naukowcy umieszczają cale elektrody na powierzchni opon samochodu, aby wykorzystać energię i skierować ją z powrotem w stronę akumulatora samochodu. Wang chciałby ostatecznie, aby technologia ta poprawiła wydajność samochodów elektrycznych.
„Prawdopodobnie możemy poprawić przebieg o 10 procent”, mówi Wang. „Myślę, że wszystkie samochody elektryczne będą tego chciały”.
Projekt będzie musiał być dalej rozwijany, zanim firmy samochodowe będą mogły kupić. Opony samochodowe będą musiały zostać znacznie przeprojektowane w celu włączenia nanogeneratorów. W zabawkowym Jeepie łatki elektrod zostały jedynie umieszczone na powierzchni opon. Ale w prawdziwym samochodzie to ustawienie oznaczałoby, że elektrody zużyłyby się niemal natychmiast. Wang przewiduje konstrukcję opony, która integruje elektrody bezpośrednio z bieżnikami. Jest to jednak poważny przegląd projektu, który zajmie sporo czasu i pieniędzy. Wang planuje współpracę z inżynierami w celu opracowania najlepszego projektu opon.
„Chcę zaprojektować konfigurację i zobaczyć, jaka jest maksymalna wydajność, jaką możemy osiągnąć”, mówi Wang.
Zabawkowy Jeep z nanogeneratorami na oponach (UW-Madison College of Engineering)Wang uważa, że nanogeneratory będą gotowe do użycia w świecie rzeczywistym w ciągu najbliższych dziesięciu lat. Dokładny harmonogram zależy od tego, jak trudno jest zaprojektować różne opony i od jakiego rodzaju producentów pojazdów najbardziej zależy na zastosowaniu tej technologii.
Wang twierdzi, że istnieje wiele różnych zastosowań nanogeneratorów triboelektrycznych [TENG]. Większość badań nad nanogeneratorami odbywa się w Europie lub Azji, gdzie badacze przyglądają się TENG w różnych mediach. Zespół z Georgia Institute of Technology i dwóch chińskich uniwersytetów opracował rolowany, papierowy nanogenerator do pozyskiwania energii fal dźwiękowych. Nanogenerator można umieścić w telefonie komórkowym w celu pozyskiwania energii z ludzkich głosów. Inny zespół opracował nanogenerator, który można umieścić w bucie, aby wykorzystać energię chodzenia. Wynalazek mógłby potencjalnie zasilać małą elektronikę, a nawet ostatecznie pożyczyć swoją moc sieci. Nowo wynaleziony przezroczysty TENG przechwytuje moc płynącej wody. Można go zintegrować z oknami samochodu lub domu, aby wykorzystać energię deszczu, energię kinetyczną padającego deszczu.
Jak obiecują TENG, stosunkowo niewielu amerykańskich naukowców prowadzi obecnie tego rodzaju badania, mówi Wang.
„Inwestorzy i rząd federalny muszą więcej myśleć o [TENG]” - mówi Wang. „Istnieje wiele różnych sposobów oszczędzania energii.”