Forskere fra Clemsons Nanomaterial's Institute (CNI) er et skridt nærmere trådløs strømforsyning til verden ved hjælp af triboelektricitet, en grøn energikilde
For omkring et år siden opfandt et fysikerteam hos CNI den ultra-enkle triboelektriske nanogenerator (U-TENG). U-TENG lavet af plast og tape er en lille enhed, der genererer elektricitet fra bevægelse og vibrationer. Ved at klappe eller banke på fødderne genererede den spænding, der modtages yderligere af et eksternt kredsløb og bliver gemt i kondensator eller batteri, indtil det oplades.
Cirka ni måneder senere offentliggjorde forskerne en artikel i tidsskriftet Advanced Energy Materials, hvori de sagde, at de lavede en trådløs TENG eller W-TENG. W-TENG er også lavet af de samme forskere fra U-TENG. I W-TENG erstattes plasten med grafen (et enkelt lag grafitbly) og polymælkesyre (PLA). PLA er bedre til at adskille positive og negative ladninger, men ikke i at lede elektricitet, på grund af dette forsker parret det med grafen. Kapton-tape, som er det elektricitetsgribende materiale i U-TENG, byttes med Teflon i W-TENG.
Efter at have fået grafen ved "sonikering" og PLA-fiber og fyldt den i en 3-D printer, lavede de med succes W-TENG.
”Vi bruger teflon, fordi det har mange fluorgrupper, der er meget elektronegative, hvorimod grafen-PLA er meget elektropositiv. Det er en god måde at sidestille og skabe høje spændinger på, ”sagde Ramakrishna Podila, tilsvarende forfatter af undersøgelsen og assisterende professor i fysik ved Clemson.
W-TENG er i stand til at generere maksimalt 3.000 volt, hvilket er tilstrækkeligt til at tænde for 25 standardstik eller en LCD-skærm. På grund af at have høj spænding genererer W-TENG elektrisk felt omkring sig selv, som kan registreres trådløst. Så den trådløse elektricitet kan lagres i kondensator og batterier.
”Det kan ikke kun give dig energi, men du kan også bruge det elektriske felt som en aktiveret fjernbetjening. For eksempel kan du trykke på W-TENG og bruge dets elektriske felt som en 'knap' til at åbne din garageport, eller du kan aktivere et sikkerhedssystem - alt uden batteri, passivt og trådløst, ”sagde Sai Sunil Mallineni, første forfatter af undersøgelsen og en ph.d. studerende i fysik og astronomi.
W-TENG har rigelige applikationer som i det ydre rum, midt i havet eller endda slagmarken. ”Flere udviklingslande kræver meget energi, selvom vi muligvis ikke har adgang til batterier eller stikkontakter i sådanne indstillinger, og der er en bestemt filantropisk anvendelse til holdets opfindelse,” sagde Podila. "W-TENG kan være en af de renere måder at generere energi på disse områder."
Forskerens team styres igen af Mallineni i processen med at patentere W-TENG gennem Clemson University Research Foundation. Professor Apparao Rao, direktør for Clemson Nanomaterials Institute, drøftede med industrielle partnere for at integrere W-TENG i energianvendelse.
Desuden sagde Podila, inden der påbegyndes industriel produktion, at der skal gøres mere forskning for at bytte Teflon med et mere miljøvenligt elektronegativt materiale. Yongchang Dong, en anden studerende ved CNI, ledede arbejdet med demonstration af MXene-TENG, der blev offentliggjort i en artikel i tidsskriftet Nano Energy nær november 2017. Herbert Behlow og Sriparna Bhattacharya fra CNI udleverer også til disse undersøgelser.
Vil W-TENG få indflydelse inden for alternative, vedvarende energier? Rao sagde, at det vil komme ned på økonomi.
”Vi kan kun tage det så langt som forskere; økonomien skal træne for at W-TENG skal lykkes, ”sagde Rao.