De meesten van ons hebben de schok van statische elektriciteit gevoeld door een metalen voorwerp aan te raken nadat we een trui hebben aangetrokken of over een tapijt hebben gelopen. Dit gebeurt als gevolg van ladingsopbouw wanneer twee ongelijke materialen (zoals ons lichaam en de stof) met elkaar in contact komen.

In 2012 gebruikten wetenschappers uit de VS en China dit fenomeen, bekend als 'tribo-elektrisch effect', om een ​​tribo-elektrische nanogenerator (TENG) te bouwen die ongebruikte mechanische energie omzet in bruikbare elektrische energie. Hun apparaat bestond uit twee tribo-elektrische polymeerfilms met metalen elektroden, die, wanneer ze bij elkaar werden gebracht en gescheiden, resulteerden in ladingsscheiding en de ontwikkeling van een elektrische spanning die voldoende was om kleine elektronische apparaten van stroom te voorzien.

Gezien als potentiële oogstmachines voor duurzame energie, zijn er inspanningen geleverd om het vermogen van TENG's te verbeteren door ladingen op het oppervlak van tribo-elektrische films te injecteren. Ladingsrecombinatie in de elektrode en ladingsafstoting op het oppervlak van het materiaal voorkomen echter dat ze een hoge oppervlakteladingsdichtheid bereiken.

Tegen deze achtergrond heeft een team van onderzoekers onder leiding van professor Chanho Pak van het Gwangju Institute of Science and Technology (GIST) in Zuid-Korea in een recent onderzoek een ladingsbegrenzingslaag ontwikkeld die de overdracht van geïnjecteerde ladingen tussen de tribo-elektrische film regelt. en de elektrode om de ladingsdichtheid op het oppervlak van de tribo-elektrische film te verbeteren. Dit artikel is gepubliceerd in Small Methods .

"Bij het ontwerpen van hoogwaardige TENG's is het van cruciaal belang om de lading op het oppervlak naar een diepe positie te transporteren en tegelijkertijd de recombinatie van de lading te verminderen", zegt prof. Pak. Om de lagen te maken, gebruikten de onderzoekers elektrospun mesoporeuze koolstofbollen samen met lagen polyvinylideenfluoride (PVDF) en nylon. De koolstofbollen, die ladingen op het oppervlak vasthouden, waren gerangschikt in oplopende volgorde van hun specifieke oppervlakte, wat zorgde voor een gradiënt-ladings-opsluitingslaag. Als gevolg van deze gradiëntopstelling konden de geïnjecteerde ladingen naar de elektrode drijven, maar werden ze opgesloten net voordat ze deze bereikten. "De lagen transporteren en beperken de ladingen", legt prof. Pak uit.

Door de ladingen van het oppervlak weg te transporteren, voorkomen de lagen dat geïnjecteerde ladingen zich ophopen en elkaar afstoten op het oppervlak van het tribo-elektrische materiaal, waardoor het meer lading kan vasthouden. Bovendien voorkomt het opsluiten van de ladingen dicht bij de elektroden het verlies van lading als gevolg van recombinatie, wat resulteert in een tribo-elektrisch oppervlak met een hogere ladingsdichtheid.

Met de toevoeging van ladingsbeperkende lagen verbeterden de onderzoekers de uitgangsspanning en stroom van de TENG met respectievelijk 40 en zeven keer. Bovendien bereikten ze, door een cilindrische TENG en een elektromagnetische generator te combineren, een dramatische 1300-voudige verbetering van de uitgangsstroom.

"Met deze veelbelovende resultaten zouden TENG's op een dag krachtig genoeg kunnen zijn om te dienen als oogstmachines voor duurzame energie en als draagbare draagbare apparaten van de toekomst", zegt prof. Pak. + Verder verkennen

Slim textiel:hoogwaardige, ademende stof voor kleine elektronica