I ricercatori sviluppano nanogeneratori triboelettrici basati su tubi d’acqua per un’efficiente raccolta di energia dalle onde oceaniche

Rivoluzione leader dell'energia blu
Il team incapsula l’acqua in un tubo delle dimensioni di un dito. Quando l’acqua si muove nel tubo tra le regioni dei due elettrodi, avviene la triboelettrificazione e si possono generare correnti elettriche. Sfruttando la flessibilità dell’acqua, il WT-TENG può essere utilizzato in varie modalità, tra cui rotazione, oscillazione, altalena e modalità lineare orizzontale. Attestazione: CUHK

L’oceano copre circa il 70% della superficie terrestre ed è il più grande serbatoio di energia. I ricercatori hanno esplorato l’approccio per sfruttare l’energia oceanica per risolvere la crisi energetica mondiale ei problemi di inquinamento causati dalla generazione di energia termica. Il nanogeneratore, compresi i nanogeneratori piezoelettrici, triboelettrici e piroelettrici, è una delle tecnologie chiave per la conversione dell’energia meccanica. Il nanogeneratore triboelettrico (TENG) sfrutta l’effetto triboelettrico e l’induzione elettrostatica per raccogliere energia meccanica basata sul contatto o sull’elettrificazione a scorrimento.

Tuttavia, il dispositivo TENG convenzionale è spesso basato sul contatto solido/solido ed è difficile garantire l’intimità di contatto dei due materiali tribo. Nel frattempo, le superfici del materiale si usurano o si danneggiano dopo l’attrito a lungo termine. Inoltre, i TENG a base solida/solida necessitano di strutture a guscio e/o componenti meccanici come molle, supporti e rotori per raccogliere energia da vibrazioni casuali. La struttura complessa ridurrà l’efficienza della raccolta di energia.

Il team di ricerca guidato dal Prof. Zi Yunlong, Assistant Professor del Dipartimento di Ingegneria Meccanica e dell’Automazione presso CUHK, ha recentemente superato le limitazioni tecniche di cui sopra e ha sviluppato un TENG (WT-TENG) a base di tubi d’acqua per irregolari e a bassa frequenza raccolta di energia ambientale, come le onde d’acqua. Hanno incapsulato l’acqua in un tubo delle dimensioni di un dito (FEP). Quando l’acqua si muove nel tubo tra le regioni dei due elettrodi, avviene la triboelettrificazione e si possono generare correnti elettriche. Sfruttando la flessibilità dell’acqua, il WT-TENG può essere utilizzato in varie modalità, tra cui rotazione, oscillazione, altalena e modalità lineare orizzontale, per raccogliere energia da diversi movimenti meccanici nell’ambiente, come onde oceaniche, vento, corpo e movimenti dei veicoli. A causa dell’elevata intimità di contatto dell’acqua e della superficie del tubo, la densità di carica volumetrica in uscita del WT-TENG è notevolmente migliorata, raggiungendo i 9 mC/m3 a una frequenza di appena 0,25 Hz, che è al di là di tutti i rapporti precedenti.

Funzionamento multimodale di WT-TENG Credito: CUHK

Inoltre, proprio come i mattoncini giocattolo, più piccole unità WT-TENG possono essere facilmente combinate e integrate come un’unità più grande e realizzare uscite elettriche moltiplicate. I ricercatori hanno progettato due unità di generazione di energia. Uno è una scatola con 34 unità WT-TENG che è stata posta in mare per raccogliere l’energia delle onde oceaniche. Un altro è un braccialetto composto da 10 unità WT-TENG. Un ricercatore lo ha indossato e ha continuato a far oscillare le braccia per raccogliere l’energia del movimento del corpo. Le generazioni di potenza di picco dei due test sono state entrambe sufficienti per pilotare 150 lampadine a LED.

Il prof. Zi Yunlong ha dichiarato: “I precedenti progetti di raccoglitori di energia oceanica sono stati dotati di generatori elettromagnetici di grandi dimensioni e pesanti, che genereranno energia solo se la frequenza delle onde oceaniche raggiunge un certo livello elevato. La nostra ultima ricerca ha superare gli ostacoli tecnici e promuovere l’uso di nanogeneratori, in particolare nella raccolta di “energia blu”, offrendo una nuova direzione per lo sviluppo delle energie rinnovabili per raggiungere la neutralità del carbonio”.

Rivoluzione leader dell'energia blu
Più piccole unità WT-TENG possono essere facilmente combinate e integrate come un’unità più grande e realizzare uscite elettriche moltiplicate. Attestazione: CUHK

I risultati della ricerca correlati sono stati recentemente pubblicati sulla rivista di fama internazionale Materiali energetici avanzati. Il primo autore dell’articolo è il dottor Wu Hao, borsista post-dottorato, e il professor Zi Yunlong è l’unico autore corrispondente. Il professor Wang Zuankai della City University di Hong Kong ha partecipato alla guida di questo lavoro.


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