Innovatief apparaat oogst statische elektriciteit van vallende sneeuw voor hernieuwbare energie

• Onderzoekers bouwen eerste apparaat van zijn soort om statische elektriciteit te genereren uit vallende sneeuw.
• Het kan geïntegreerd worden met zonnepanelen voor continue stroomvoorziening bij sneeuwachtige omstandigheden.
• Het fungeert ook als zelfgevoede sensor om windrichting en sneeuwvalsnelheid te monitoren.

In sneeuwvallende gebieden is het moeilijk om toegang te krijgen tot groene, hernieuwbare energiebronnen, zoals windturbines en zonne-energie. Extreme weersomstandigheden zoals korte dagperiodes, langdurige bewolking, temperaturen onder nul en zware sneeuwopstapeling, kunnen energieopwekking beïnvloeden.

Verschillende alternatieve technieken benutten dergelijke lokale weersomstandigheden en bieden een meer levensvatbare strategie voor energieopwekking. Echter, gebruikelijke meteorologische sensoren en weerstations hebben veel beperkingen, bijvoorbeeld hun vermogen om in dergelijke extreme omstandigheden te werken, complex ontwerp, kosten en behoefte aan een duurzame energiebron om effectief te functioneren.

Onlangs hebben onderzoekers van de University of California, Los Angeles, een nieuw apparaat ontwikkeld dat in staat is om elektriciteit te genereren uit vallende sneeuw. Het is een goedkoop eerste apparaat van zijn soort dat flexibel is als een plastic vel.

Sneeuw-gebaseerde Triboelectric Nanogenerator

Dit slimme apparaat kan de hoeveelheid vallende sneeuw, de richting van de sneeuw, evenals de windsnelheid onderzoeken. De nanogenerator creëert lading door statische elektriciteit en genereert energie via de uitwisseling van elektronen.

Wanneer één materiaal met een ander interageert, vangt het elektronen op terwijl het andere elektronen afstaat. Dit is hoe men de ladingen kan scheiden en statische elektriciteit kan genereren.

In dit geval bevat sneeuw positieve ladingen en is klaar om elektronen af te staan. Het onderzoeksteam gebruikte een synthetisch rubberachtig materiaal (silicone) dat bestaat uit zuurstof- en siliciumatomen, samen met waterstof, koolstof en andere elementen. Aangezien dit materiaal negatieve ladingen bevat, creëert contact met sneeuw een lading die door het apparaat wordt gevangen om elektriciteit te produceren.

Referentie: Science Direct | DOI:10.1016/j.nanoen.2019.03.032 | UCLA

Dit goedkope, 3D-geprinte apparaat bestaat uit een vel silicone en een elektrode om de lading op te vangen. Het is makkelijk te fabriceren door de brede beschikbaarheid van silicone, dat uitgebreid gebruikt wordt in een breed scala aan producten, van biomedische implantaten tot elektrische draadisolatie.

Voor optimale prestaties moet het materiaal zoveel mogelijk elektronen kunnen verzamelen. Onderzoekers testten diverse materialen voor deze taak en ontdekten dat silicone meer lading genereert dan andere materialen, zoals Teflon en aluminiumfolie.

Specifiek kan het apparaat een vermogensdichtheid van 0,2 mW/m² genereren, en een open-circuitspanning tot 8V. Het kan geïntegreerd worden met conventionele zonnepanelen om continue stroomvoorziening te verkrijgen bij sneeuwachtige omstandigheden.

Andere toepassingen

De nanogenerator kan wintersporten zoals skiën nauwkeurig monitoren en de prestaties van atleten verbeteren bij springen, rennen of wandelen. Het kan ook parameters identificeren die niet gedetecteerd kunnen worden met een smartwatch, zoals de belangrijkste bewegingspatronen gebruikt in langlaufskiën.

Lees: Zonnepanelen Volgen Nu De Zon Om Meer Energie Te Vangen

Het kan de volgende generatie zelfgevoede draagbare apparaten helpen om de prestaties van atleten beter te volgen, en tonen of ze marscheren, springen, wandelen of rennen.