Nieuwe machine wekt elektriciteit op uit sneeuwbal

• Onderzoekers bouwen het eerste apparaat in zijn soort om statische elektriciteit op te wekken uit vallende sneeuw.
• Het kan worden geïntegreerd met zonnepanelen om continue stroomvoorziening te verkrijgen in sneeuwomstandigheden.
• Het functioneert ook als een zelfaangedreven sensor om de windrichting en sneeuwvalsnelheid te bewaken.

In sneeuwvalgebieden is het vrij moeilijk om toegang te krijgen tot groene, hernieuwbare energiebronnen, zoals windturbines en zonne-energie. Extreme weersomstandigheden, zoals korte perioden van daglicht, langdurige bewolking, temperaturen onder het vriespunt en hevige sneeuwophoping, kunnen de energieopwekking beïnvloeden.

Verschillende alternatieve technieken maken gebruik van dergelijke lokale weersomstandigheden en zorgen voor een meer levensvatbare strategie voor energieopwekking. De gebruikelijke meteorologische sensoren en weerstations hebben echter veel beperkingen, bijvoorbeeld hun vermogen om in dergelijke extreme omgevingen te werken, een complex ontwerp, kosten en de noodzaak van een duurzame stroombron om effectief te kunnen functioneren.

Onlangs hebben onderzoekers van de Universiteit van Californië, Los Angeles, een nieuw apparaat ontwikkeld dat elektriciteit kan opwekken uit vallende sneeuw. Het is een goedkoop, uniek apparaat dat zo flexibel is als een plastic vel.

Op sneeuw gebaseerde tribo-elektrische nanogenerator

Dit slimme apparaat kan de hoeveelheid sneeuw die valt, de richting van de sneeuw en de snelheid van de wind onderzoeken. De nanogenerator wekt lading op via statische elektriciteit en wekt energie op via uitwisseling van elektronen.

Wanneer het ene materiaal interageert met het andere, vangt het elektronen op, terwijl het andere materiaal elektronen afstaat. Zo kan men de ladingen scheiden en statische elektriciteit opwekken.

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

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

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

Voor de beste prestaties moet het materiaal zoveel mogelijk elektronen kunnen verzamelen. Onderzoekers testten verschillende materialen voor deze klus en ontdekten dat siliconen meer lading genereren dan andere materialen, zoals teflon en aluminiumfolie.

Meer specifiek kan het apparaat een vermogensdichtheid van 0,2 mW/m ² . genereren , en een nullastspanning tot 8V. Het kan worden geïntegreerd met conventionele zonnepanelen om continue stroomvoorziening te verkrijgen in sneeuwcondities.

Andere toepassingen

De nanogenerator kan nauwkeurig wintersporten zoals skiën volgen en de prestaties van atleten verbeteren tijdens het springen, hardlopen of wandelen. Het kan ook parameters identificeren die niet kunnen worden gedetecteerd met een smartwatch, zoals de belangrijkste bewegingspatronen die worden gebruikt bij langlaufen.

Lezen:zonnepanelen kunnen nu de zon volgen om meer energie op te vangen

Het kan de volgende generatie zelfaangedreven draagbare apparaten helpen de prestaties van atleten beter te volgen en te laten zien of ze marcheren, springen, lopen of rennen.