A Clemson-féle Nanomaterial Institute (CNI) kutatói egy lépéssel közelebb kerültek ahhoz, hogy vezeték nélkül táplálják a világot a triboelektromosság, egy zöld energiaforrás segítségével.
Körülbelül egy évvel ezelőtt a CNI fizikuscsoportja feltalálta az ultragyors triboelektromos nanogenerátort (U-TENG). A műanyagból és szalagból készült U-TENG egy kicsi eszköz, amely mozgásból és rezgésből áramot termel. A lábak tapsolásával vagy csapolásával feszültséget generált, amelyet tovább fogad egy külső áramkör, és a kondenzátorban vagy az akkumulátorban tárolja, amíg fel nem töltődik.
Körülbelül kilenc hónappal később a kutatók az Advanced Energy Materials folyóiratban publikáltak egy papírt, amely kimondta, hogy vezeték nélküli TENG-t vagy W-TENG-t készítettek. A W-TENG-t szintén ugyanazok az U-TENG kutatók készítik. A W-TENG-ben a műanyag helyébe grafén (egyetlen réteg grafit-ólom) és politejsav (PLA) lép. A PLA jobban képes elkülöníteni a pozitív és a negatív töltéseket, de nem képes vezetni az áramot, ennek köszönhetően a kutatók grafénnel párosították. A Kapton szalagot, amely az U-TENG áramot megragadó anyaga, teflonnal cserélik a W-TENG-ben.
Miután az „ultrahangos kezeléssel” és a PLA szálakból grafént kaptak, és egy 3D nyomtatóba töltötték, sikeresen elkészítették a W-TENG-t.
„A teflont azért használjuk, mert nagyon sok fluor-csoportja van, amelyek erősen elektronegatívak, míg a grafén-PLA erősen elektropozitív. Ez jó módszer a nagyfeszültségek egymás mellé állítására és létrehozására. ”- mondta Ramakrishna Podila, a tanulmány levelező szerzője és a Clemson fizika adjunktusa.
A W-TENG maximum 3000 V feszültséget képes létrehozni, ami elegendő 25 szabványos aljzat vagy egy LCD-monitor bekapcsolásához. A nagyfeszültség miatt a W-TENG elektromos teret generál maga körül, amely vezeték nélkül érzékelhető. Tehát a vezeték nélküli villamos energia kondenzátorban és akkumulátorokban tárolható.
„Ez nem csak energiát adhat Önnek, hanem az elektromos mezőt működtetett távvezérlőként is felhasználhatja. Például megérintheti a W-TENG-t, és elektromos mezőjét „gombként” használhatja a garázs ajtajának kinyitásához, vagy aktiválhat egy biztonsági rendszert - mindezt akkumulátor nélkül, passzívan és vezeték nélkül ”- mondta Sai Sunil Mallineni, a a tanulmány első szerzője és Ph.D. fizika és csillagászat hallgató.
A W-TENG számos alkalmazással rendelkezik, mint például a világűrben, az óceán közepén vagy akár a csatatéren. "Számos fejlődő ország sok energiát igényel, bár előfordulhat, hogy ilyen körülmények között nem férünk hozzá akkumulátorokhoz vagy konnektorokhoz, és a csapat találmányának határozottan filantróp felhasználása van" - mondta Podila. "A W-TENG lehet az energiatermelés egyik tisztább módja ezeken a területeken."
A kutatócsoportot ismét Mallineni irányítja a W-TENG szabadalmaztatásának folyamatában a Clemson Egyetem Kutatási Alapítványán keresztül. Apparao Rao professzor, a Clemson Nanomaterials Institute igazgatója az ipari partnerekkel tárgyalt a W-TENG integrálásáról az energia alkalmazásba.
Sőt, az ipari termelés megkezdése előtt Podila szerint további kutatásokat kell végezni a teflon környezetbarátabb elektronegatív anyaggal való cseréjére. Yongchang Dong, a CNI másik hallgatója vezette az MXene-TENG bemutatásának munkáját, amelyet a Nano Energy folyóirat 2017 novemberi közeli cikkében tettek közzé. Herbert Behlow és Sriparna Bhattacharya (a CNI-től) szintén átadja ezeket a tanulmányokat.
Hatással lesz-e a W-TENG az alternatív, megújuló energiák területén? Rao azt mondta, hogy ez a közgazdaságtanra fog következni.
„Csak tudósokig vihetjük; a közgazdaságtannak ki kell dolgoznia ahhoz, hogy a W-TENG sikeres legyen ”- mondta Rao.