Onderzoekers van de Universiteit van Alabama in Huntsville (UAH) hebben een nieuw soort tribo-elektrische nanogenerator (TENG) ontwikkeld die elektriciteit produceert door het gebruik van kalksteenplamuur, wat aanzienlijke kostenbesparingen belooft ten opzichte van conventionele productiemethoden.

TENG's, uitgevonden in 2012, zijn kleine apparaten die mechanische of thermische energie omzetten in elektriciteit voor gebruik in kleine, draadloze autonome apparaten zoals die in draagbare elektronica, condition monitoring en draadloze sensornetwerken. Voorbeelden hiervan zijn hartmonitorimplantaten, biochiptransponders voor boerderijdieren of sensoren die een bestuurder waarschuwen als de bandenspanning laag is.

TENG's oogsten energie voor deze apparaten door een elektrische lading over te dragen tussen twee objecten wanneer ze contact maken of tegen elkaar glijden, door middel van bewegingen zoals lopen, trillingen, draaiende banden, bewegende wind of stromend water, allemaal met zeer weinig impact op het milieu.

Vergeleken met bestaande TENG's, die dure op nanotechnologie gebaseerde fabricagemethoden gebruiken, is de UAH-doorbraak een nieuw type TENG dat gebruik maakt van "plakkerige" materialen zoals dubbelzijdig plakband of kalksteenplamuur om een ​​lading te genereren, waardoor het veel kosteneffectiever wordt. en eenvoudiger te bouwen.

"Traditionele TENG's vereisen op nanotechnologie gebaseerde fabricage en andere speciale apparatuur", zegt Dr. Gang Wang, universitair hoofddocent mechanische en ruimtevaarttechniek aan de UAH, een onderdeel van het University of Alabama System. "Er zijn alleen vaardigheden op ambachtsniveau nodig om onze tribo-elektrische energieoogstmachine te bouwen."

De doorbraak wordt gedetailleerd beschreven in een artikel gepubliceerd in het tijdschrift ACS Omega . Wang's co-auteurs bij UAH zijn onder meer Dr. Moonhyung Jang, een postdoctoraal onderzoeksassistent, Sean P. Rabbitte, een niet-gegradueerde onderzoeksassistent, en Dr. Yu Lei, voorzitter en universitair hoofddocent chemische en materiaaltechnologie.

Het onderzoek maakt deel uit van het Small Business Innovation Research (SBIR)-programma van het ministerie van Defensie (DOD), een initiatief dat door de overheid gefinancierde contracten of subsidies ondersteunt die binnenlandse kleine bedrijven aanmoedigen deel te nemen aan federale onderzoeks- en ontwikkelingsprojecten met het potentieel voor commercialisering.

"Onze industriële partner is Materials Sciences, LLC, en Dr. Simon Chung is de projectleider", zegt Wang. "We hebben al een patent aangevraagd voor het tribo-elektrische energie-oogstontwerp met behulp van lijmlagen."

UAH's nieuwe toepassing van een op kalksteen gebaseerde montageplamuur, samen met een gemetalliseerde polyesterplaat, breidt ook de operationele frequentiebandbreedte uit in vergelijking met bestaande TENG's. Dit is belangrijk omdat sommige kleine toepassingen voor het verzamelen van energie, zoals gezondheidsmonitoring en draagbare exoskeletsystemen, een grotere frequentiebandbreedte vereisen om de energie uit menselijke beweging te verzamelen.

"Typische TENG's met contactscheiding werken op een frequentie onder de 10 Hz", merkt Wang op. "We zijn echter in staat de bandbreedte uit te breiden tot 80 Hz door deze tribo-elektrische lagen te introduceren in een op trillingen gebaseerd ontwerp van een energie-oogster. Na de succesvolle demonstratie van het TENG-ontwerp met behulp van dubbelzijdige tape, zijn we begonnen met het onderzoeken van minder plakkerige materialen voor gemakkelijker scheiden van de materialen. Zo kwamen we op het idee om stopverf op kalksteenbasis te gebruiken."

De UAH-onderzoekers voorzien toekomstig onderzoek van op stopverf gebaseerde generatoren om de effectiviteit van verschillende mineralen zoals marmer, zandsteen en maangrond te onderzoeken.

Meer informatie: Moon-Hyung Jang et al, Energieopwekking door een kalksteenhoudende stopverf, ACS Omega (2023). DOI:10.1021/acsomega.2c07688

Journaalinformatie: ACS Omega

Aangeboden door de Universiteit van Alabama in Huntsville