UCLA-onderzoekers en collega's hebben een nieuw apparaat ontworpen dat elektriciteit opwekt uit vallende sneeuw. De eerste in zijn soort, dit apparaat is goedkoop, klein, dun en flexibel als een stuk plastic.

"Het apparaat kan in afgelegen gebieden werken omdat het zijn eigen stroom levert en geen batterijen nodig heeft, " zei senior auteur Richard Kaner, die UCLA's Dr. Myung Ki Hong Endowed Chair in Materials Innovation bekleedt. "Het is een heel slim apparaat - een weerstation dat je kan vertellen hoeveel sneeuw er valt, de richting waarin de sneeuw valt, en de richting en snelheid van de wind."

De onderzoekers noemen het een op sneeuw gebaseerde tribo-elektrische nanogenerator, of sneeuw TENG. Een tribo-elektrische nanogenerator, die lading genereert door statische elektriciteit, produceert energie uit de uitwisseling van elektronen.

Bevindingen over het apparaat worden gepubliceerd in het tijdschrift Nano-energie .

"Statische elektriciteit ontstaat door de interactie van een materiaal dat elektronen vangt en een ander dat elektronen afstaat, " zei Kaner, die ook een vooraanstaand hoogleraar scheikunde en biochemie is, en van materiaalkunde en techniek, en lid van het California NanoSystems Institute aan de UCLA. "Je scheidt de ladingen en creëert elektriciteit uit in wezen niets."

Sneeuw is positief geladen en geeft elektronen af. Siliconen - een synthetisch rubberachtig materiaal dat is samengesteld uit siliciumatomen en zuurstofatomen, gecombineerd met koolstof, waterstof en andere elementen - is negatief geladen. Wanneer vallende sneeuw in contact komt met het oppervlak van siliconen, die een lading produceert die het apparaat opvangt, elektriciteit creëren.

"Sneeuw is al geladen, dus we dachten, waarom niet een ander materiaal met de tegenovergestelde lading meenemen en de lading eruit halen om elektriciteit te creëren?" zei co-auteur Maher El-Kady, een UCLA postdoctoraal onderzoeker in de chemie en biochemie.

"Terwijl sneeuw graag elektronen afstaat, de prestatie van het apparaat hangt af van de efficiëntie van het andere materiaal bij het extraheren van deze elektronen, " voegde hij eraan toe. "Na het testen van een groot aantal materialen, waaronder aluminiumfolie en teflon, we ontdekten dat siliconen meer lading produceren dan enig ander materiaal."

Elke winter is ongeveer 30 procent van het aardoppervlak bedekt met sneeuw, gedurende welke tijd zonnepanelen vaak niet werken, merkte El-Kady op. De opeenhoping van sneeuw vermindert de hoeveelheid zonlicht die het zonnepaneel bereikt, het vermogen van de panelen te beperken en ze minder effectief te maken. Het nieuwe apparaat kan worden geïntegreerd in zonnepanelen om een ​​continue stroomvoorziening te bieden wanneer het sneeuwt, hij zei.

Het apparaat kan worden gebruikt voor het monitoren van wintersport, zoals skiën, om de prestaties van een atleet tijdens het hardlopen nauwkeuriger te beoordelen en te verbeteren, lopen of springen, zei Kaner. Het heeft ook het potentieel om de belangrijkste bewegingspatronen te identificeren die worden gebruikt bij langlaufen, die niet kunnen worden gedetecteerd met een smartwatch.

Het zou een nieuwe generatie zelfaangedreven draagbare apparaten kunnen inluiden voor het volgen van atleten en hun prestaties.

Het kan ook signalen verzenden, geeft aan of een persoon in beweging is. Het kan zien wanneer een persoon loopt, rennen, springen of marcheren.

Het onderzoeksteam gebruikte 3D-printen om het apparaat te ontwerpen, die een laag siliconen heeft en een elektrode om de lading op te vangen. Het team is van mening dat het apparaat tegen lage kosten kan worden geproduceerd, gezien het gemak van fabricage en de beschikbaarheid van siliconen, " zei Kaner. Siliconen worden veel gebruikt in de industrie, in producten zoals smeermiddelen, elektrische draadisolatie en biomedische implantaten, en het heeft nu het potentieel voor het oogsten van energie.