Когда Джип катился, его светодиодные фонари начали мигать. Но вместо батареи игрушки, питающей свет, как и следовало ожидать, наногенератор на шинах Jeep собирал энергию трения, чтобы питать их.
Разработанный инженерами из Университета Висконсина в Мэдисоне и Университета Чжэнчжоу в Китае, этот наногенератор может в конечном итоге сделать настоящие автомобили более эффективными. Поместив электроды на шины, ученые выяснили, как захватывать энергию от изменения электрического потенциала между шинами и дорогой. Этот тип энергии обычно тратится впустую, но наногенераторы позволяют собирать ее и перенаправлять на аккумулятор автомобиля, недавно сообщили в журнале Nano Energy .
«Я очень рад этому», - говорит руководитель проекта Сюдун Ван, доцент кафедры материаловедения и инженерии в университете.
Наногенератор работает по принципу, называемому трибоэлектрическим эффектом, объясняет Ван. Трибоэлектрический эффект - это заряд, возникающий при трении определенных типов материалов. В качестве примера можно привести статический удар, который вы испытываете, потерев ноги по ковру, и то же самое относится к заряду, который создают резиновые автомобильные шины и асфальтовые дороги, когда они вступают в контакт.
Команда Вана уже несколько лет экспериментирует с наногенераторами - электродами, которые преобразуют механическую энергию в электричество. Исследователи помещают электродные заплатки длиной в дюйм на поверхность автомобильных шин, чтобы использовать энергию и направить ее обратно к аккумулятору автомобиля. В конечном счете, Ван хотел бы, чтобы технология повысила эффективность электромобилей.
«Вероятно, мы можем улучшить пробег на 10 процентов», - говорит Ван. «Я думаю, что все электромобили захотят этого».
Проект необходимо будет доработать до того, как автомобильные компании смогут его покупать. Необходимо будет значительно переработать автомобильные шины, чтобы включить наногенераторы. С игрушечным джипом электродные пятна были просто размещены на поверхности шин. Но в реальной машине такое размещение означало бы, что электроды будут изнашиваться практически сразу. Ван представляет конструкцию шины, которая интегрирует электроды непосредственно в протекторы. Но это капитальный ремонт, который потребует серьезного времени и денег. Ван планирует работать с инженерами, чтобы выяснить лучший дизайн шин.
«Я хочу спроектировать конфигурацию и посмотреть, какой максимальной эффективности мы можем достичь», - говорит Ван.
Игрушечный джип с наногенераторами на его шинах (UW-Madison College of Engineering) Ван считает, что наногенераторы будут готовы к использованию в реальных условиях в ближайшие десять лет. Точное время будет зависеть от того, насколько сложно проектировать различные шины, и от того, какие производители автомобилей больше всего заинтересованы в применении этой технологии.
По словам Вана, существует множество различных применений трибоэлектрических наногенераторов [ТЭНов]. Большинство исследований наногенераторов проводится в Европе или Азии, где исследователи рассматривают ТЭНГ в различных средах. Команда из Технологического института Джорджии и двух китайских университетов разработали складной наногенератор на бумажной основе для сбора энергии звуковых волн. Наногенератор может быть помещен в мобильный телефон для сбора энергии от человеческих голосов. Другая команда разработала наногенератор, который можно вставить в обувь, чтобы использовать энергию ходьбы. Изобретение может потенциально привести в действие небольшую электронику или даже в конечном итоге подать свою мощность в сеть. Недавно изобретенный прозрачный ТЭН захватывает силу текущей воды. Он может быть встроен в автомобильные или домашние окна, чтобы использовать силу дождя, кинетическую энергию падающего дождя.
Как ни многообещающе, несмотря на то, что TENGs, в настоящее время существует довольно мало американских ученых, занимающихся этим типом исследований, говорит Ван
«Инвесторы и федеральное правительство должны больше думать о ТЭНах», - говорит Ван. «Есть много разных способов экономии энергии».
