Das neue windgenerierende Plastikgras könnte ungefähr so aussehen, wenn es vollständig entwickelt ist. [Bildquelle : Desalvea, Flickr ]
China wird regelmäßig wegen seiner Umweltbilanz geklopft. Zu Unrecht, wie es passiert. Tatsächlich ist das Land in Bezug auf die Entwicklung und den Einsatz erneuerbarer Energien für erneuerbare Energien den USA voraus, und die chinesische Innovation im Bereich saubere Energie ist eine regelmäßige Quelle für einige hübscheerstaunliche Technologie.
Eine solche Entwicklung ist eine Form von 'Plastikgras', die gerade von Wissenschaftlern der Southwest Jiatong University in Chengdu entwickelt wurde. Forschungsteam an der Universität unter der Leitung von Zhong Lin Wang hat eine neue Form des triboelektrischen Nanogenerators TENG entwickelt, eine Technologie, die mechanische und / oder thermische Energie in Elektrizität umwandelt. Nanogeneratoren arbeiten nach drei typischen Ansätzen: piezoelektrisch, triboelektrisch und pyroelektrisch.Letztere befasst sich mit der Gewinnung von Wärmeenergie und die beiden ersteren mit der Gewinnung mechanischer Energie. TENGs bestehen aus vertikal freistehenden Streifen aus einem Dünnfilm aus Polyethylenterephthalat PET, der auf einer Seite mit Indiumzinnoxid ITO beschichtet ist, und Nanodrähtenauf der anderen Seite, wodurch die Elektronen zwischen den beiden Materialien springen können, ein Prozess, der als triboelektrischer Effekt bekannt ist.
Laut der im Journal veröffentlichten Forschungsstudie des Teams Fortgeschrittene Materialien , TENG-basierte Windenergie-Erntemaschinen wurden an anderer Stelle entwickelt. Obwohl diese bisher in ähnlicher Weise windinduzierte Membranvibrationen zur Stromerzeugung verwendet haben, können sie nur verwendet werden, wenn der Wind in eine bestimmte Richtung wehte. Das ProblemDies hat zur Folge, dass die meisten Windströmungen keine konstante Richtung haben und sich die Windrichtung sogar im Laufe der Zeit ändern kann, wodurch diese Erntemaschinen weitgehend unbrauchbar werden. Ziel des Projekts war es daher, die Energie aus unregelmäßigen Windböen zu nutzen, die häufig vorkommenin städtischen Gebieten sowie bei stetigen Winden.
Stattdessen hat die Forschung der Southwest Jiatong University ein flexibleres TENG entwickelt, das Energie aus natürlichem Wind in beliebigen Windrichtungen gewinnt.
„Im Vergleich zu einer Windkraftanlage gewinnt unser triboelektrischer Nanogenerator TENG effektiv die Energie aus natürlichem Wind, der in jede Richtung weht“, sagte Teammitglied Weiqing Yang im Gespräch mit. Der neue Wissenschaftler zusätzlich zu den im Gerät verwendeten Polymer-Dünnschichtmaterialien, die es ermöglichen, kostengünstig verfügbar zu werden und gleichzeitig einfach herzustellen und zu skalieren.
Die flache Anordnung jedes TENG hat eine ähnliche Struktur Morphologie wie ein Seetangwald - Unterwassergebiete, in denen Seetang-Seetang in „Wäldern“ mit hoher Dichte gedeiht, die seit langem als eines der dynamischsten Ökosysteme auf dem Planeten anerkannt sindInnerhalb dieser Morphologie können die einzelnen Streifen möglicherweise unabhängig voneinander schwanken, wodurch ein Kontakttrennungsprozess als Reaktion auf vorbeiziehende Windströme erzeugt wird.
Das chinesische Team verwendete eine Hochgeschwindigkeitskamera, um die Arbeitszustände und Wechselwirkungen zwischen zwei benachbarten TENGs zu erfassen. Die vertikal freistehenden Polymerstreifen erzeugten als Reaktion auf Windströmungen eine Schwingungsfrequenz von 154 Hz und stellten so ein ausreichendes Kontaktniveau sicher- Trennung für hohe elektrische Leistung. Verwendung eines 10 x 2 cm großen Streifens, der einer Luftströmungsgeschwindigkeit von 27 ms ausgesetzt ist. -1 Das Team stellte fest, dass zwei benachbarte Streifen, die eine Dachfläche von 2 x 0,7 cm abdecken, eine Leerlaufspannung, einen Kurzschlussstrom und eine Leistungsdichte von bis zu 98 V, 16,3 µA und 2,76 Wm liefern können. -2 genug, um eine Werbetafel anzuzünden.
Das Team setzte eine Reihe von TENGs auf einem Dach aus 60 Streifen ein, um mehr Energie aus dem Wind zu gewinnen. Dies ergab eine Leistungsdichte von bis zu 2,37 Wm. -2 was genug Strom darstellt, um gleichzeitig 60 in Reihe geschaltete LED-Lampen zu beleuchten. Laut Teammitglied könnte ein durchschnittliches Haus mit einer Dachfläche von etwa 300 Quadratmetern und zehnschichtigen TENGs mit Rasenstruktur eine erwartete elektrische Energie von 7,11 KW liefernentsprechend einer Leistungsdichte von 23,7 Wm -2 .
Die Studie demonstrierte die Fähigkeit von TENGs, als wesentliche Stromquellen für die Heimelektronik zu fungieren, was eine neuartige Form von Windstrom darstellt und einen wichtigen Schritt in Richtung autarker Elektrotechnik im Haushalt darstellt. Bisher hat das Gerätwurde nur im Labor getestet, arbeitet jedoch mit einer Mindestwindgeschwindigkeit von 21 Stundenkilometern, während die nützlichste Windgeschwindigkeit für die Stromerzeugung fast 100 km / h beträgt Sturmstärke 10.
Ein weiterer Forscher, der an der Universität von Campinas in São Paulo, Brasilien, an der Energiegewinnung arbeitet Fernando Galembeck , erklärt zu Der neue Wissenschaftler dass ein solcher Wind weder realistisch verfügbar noch wünschenswert ist. Darüber hinaus ist es noch ein langer Weg, bis diese Gerätetypen auf den Dächern der Menschen erscheinen. Galembeck betont auch, dass weiterhin Energiespeicher erforderlich sein werden, zDie gleichen Gründe wie für andere Formen von Windkraft: Das chinesische Team erforscht Speicherlösungen und plant auch die Integration des TENG in Solarmodule, um seine Leistung zu steigern. Galembeck steht jedoch auch Indium kritisch gegenüberZinnoxid aufgrund seiner schlechten mechanischen Eigenschaften, Kosten und Toxizität, was darauf hindeutet, dass weitere Forschung andere Materialien erforschen muss.