Трибоелектричний наногенератор – нова технологія успішно збирає електроенергію з крапель дощу

Коли краплі дощу спускаються з хмар, вони генерують невелику кількість енергії, яку можна вловити та перетворити на електрику. Цей процес можна розглядати як мініатюрну форму гідроенергії, яка використовує кінетичну силу рухомої води для виробництва електроенергії. Кілька дослідників припустили, що енергія, отримана від дощу, може служити життєздатним джерелом стійкої, чистої енергії. Однак поширення цієї технології в більш широкому масштабі виявилося складним, що обмежує її практичне використання.

Показано, що для збору енергії крапель дощу пристрій під назвою трибоелектричний наногенератор (TENG), який використовує контактну електризацію рідина-тверде тіло, успішно збирає електроенергію з крапель дощу. Ця технологія також успішно збирає енергію від хвиль та інших форм трибоелектричної генерації рідини та твердого тіла.

Однак TENG на основі крапель (D-TENG) має технічне обмеження щодо з’єднання кількох із цих панелей разом, що зменшує загальну вихідну потужність. Нещодавно опублікована стаття описує, як моделювання панелей D-TENG після масивів сонячних панелей робить збір енергії дощових крапель більш ефективним, розширюючи його застосування.

Стаття була опублікована в журналі iEnergy 29 червня.

«Хоча D-TENG мають надвисоку миттєву вихідну потужність, одному D-TENG все ще важко постійно постачати електроенергію для електричного обладнання мегаватного рівня. Тому дуже важливо реалізувати одночасне використання кількох D-TENG», — сказав Цзун Лі, професор Міжнародної вищої школи Цінхуа Шеньчжень при Університеті Цінхуа в Шеньчжені, Китай. «Звертаючись до дизайну сонячних панелей, у яких декілька сонячних генеруючих установок з’єднані паралельно для забезпечення навантаження, ми пропонуємо простий і ефективний метод збору енергії дощових крапель».

Коли підключено кілька D-TENG, між верхнім і нижнім електродами панелей виникає ненавмисна ємність зв’язку. Ця ненавмисна ємність зв’язку зменшує вихідну потужність масивів D-TENG. Щоб зменшити вплив цієї проблеми, дослідники запропонували генератори з мостовими матрицями, які використовують нижні електроди матриці для зменшення впливу ємності.

Коли краплі дощу падають на поверхню панелі, процес, званий трибоелектрикацією, виробляє та зберігає енергію дощу. Коли крапля падає на поверхню панелі, яка називається поверхнею FEP, крапля стає позитивно зарядженою, а поверхня FEP – негативно. «Кількість заряду, що створюється кожною краплею, невелика, і поверхневий заряд на FEP поступово розсіюється. Після тривалого перебування на поверхні заряди на поверхні FEP поступово накопичаться до насичення», — сказав Лі. «На цьому етапі швидкість розсіювання поверхневого заряду FEP збалансована з кількістю заряду, що утворюється при кожному ударі краплі».

Щоб продемонструвати успіх генераторів мостової матриці з нижніми електродами матриці, звичайний D-TENG порівнювали з генераторами мостової матриці. Дослідники також порівняли продуктивність генераторів мостової матриці з різними розмірами субелектродів. Товщина панелей також була вивчена, щоб побачити, чи вплинуло це на втрату потужності. Збільшення товщини поверхні FEP призводить до зменшення ємності зв’язку при збереженні щільності поверхневого заряду, обидва з яких можуть покращити продуктивність генератора мостової матриці.

Коли були розроблені генератори мостової матриці для збору енергії дощових крапель і використовували нижні електроди масиву та мостові рефлюксні структури, панелі збору дощових крапель могли бути незалежними одна від одної. Це означає, що ненавмисна втрата потужності може бути зменшена. «Пікова вихідна потужність генераторів мостової матриці майже в 5 разів вища, ніж звичайна енергія дощових крапель на великій площі з тим самим розміром, досягаючи 200 Вт на квадратний метр, що повністю демонструє його переваги в зборі енергії крапель дощу на великій площі. Результати цього дослідження забезпечать можливу схему збору енергії дощових крапель на великій площі», — сказав Лі. Джерело