Vločky v sobě mají poezii. Ale ne pro každého. Když sněží, tak elektronická zařízení se z toho obvykle moc neradují. Jenomže, jak se říká, pokročilé nanotechnologie prolamují ledy. Nanoinženýři University of California, Los Angeles a jejich kolegové konečně našli správnou odpověď na zimní plískanice a vyvinuli zařízení, které dokáže vykouzlit elektřinu ze sněžení. Je první svého druhu, 3D tisknutelné, levné, malé, tenké a pružné jako tenký plátek běžného měkkého silikonu.
Tvůrci svému zařízení říkají sněhový triboelektrický nanogenerátor, anglicky pěkně „snow-based triboelectric nanogenerator“, čili snow-TENG. Podle šéfa výzkumu Richarda Kanera může jejich zařízení fungovat v podstatě kdekoliv. Nepotřebuje ani baterie, elektřinu si vyrobí samo. Podle něj je to také velmi chytré zařízení, jako meteorologická stanice, která ví, jak moc sněží, v jakém směru padá sníh, a také jak rychle a z jakého směru fouká vítr. Jejich výzkum publikoval časopis Nano Energy.
Tribolektrické nanogenerátory získávají elektrický proud ze statické elektřiny. Jinými slovy, těží energii z procesu výměny elektronů. Statická elektřina vzniká tehdy, když se setkají dva různé materiály a jeden z nich ten druhý připraví o elektrony. Je to, tedy skoro, jako vyrábět elektřinu z ničeho. Sníh je vždycky kladně elektricky nabitý, takže může předat elektrony druhému materiálu. Tím je silikon, polymer založený na řetězcích atomů křemíku a kyslíku, který je naopak záporně nabitý. Když na silikonový plátek snow-TENGu sněží, tak vzniká elektrický náboj, který nanogenerátor využívá k produkci elektřiny.
Sníh je podle tvůrců sněhového nanogenerátoru vyloženě rád, když se může zbavit svých elektronů. S opačně nabitým materiálem pro konstrukci snow-TENGu to ale bylo komplikovanější. Vědci otestovali velké množství různých kandidátů, včetně hliníkových filmů nebo teflonu. Nakonec v jejich testech nejlépe obstál právě silikon, který vytvořil více elektřiny, než všechny ostatní materiály.
Kaner a spol. upozorňují na to, že každou zimu je více než 30 procent povrchu planety pokryto sněhem. Když sněží, tak obvykle moc nefungují tradiční solární panely. Sníh je zakryje a s produkcí elektřiny je konec. Pokud by ale v takovém solárním panelu byl zabudovaný nanogenerátor snow-TENG, tak by to úplně změnilo situaci. Takový solárně-sněhový panel by dodával elektřinu i během blizzardu. A nejde jenom o zimní mutaci solárních panelů. Nanogenerátor snow-TENG bude možné využít třeba v technologiích pro zimní nositelnou elektroniku.
Nanoinženýři použili k výrobě snow-TENGu 3D tisk. Vytiskli jak silikonový plátek, tak i nezbytnou elektrodu, která odvádí získaný elektrický náboj. Jsou přesvědčeni, že takové sněhové nanogenerátory bude možné vyrábět snadno, ve velkém a levně. Pro silikon, který už teď má pestré využití, to je hvězdná hodina.
Video: Triboelectric Nanogenerators
Literatura
UCLA Newsroom 15. 4. 2019, Nano Energy 60: 17–25.
Tribo generátory elektřiny
Autor: Martin Tůma (07.03.2014)
Nanobiogenerátor vodíku s bakteriální světelnou pumpou
Autor: Stanislav Mihulka (11.10.2014)
Na obzoru jsou ohebné nanogenerátory energie z lidského pohybu
Autor: Stanislav Mihulka (14.12.2016)
Diskuze:
Nějaká data
Josef Šoltes,2019-04-17 14:12:06
Nějaká pevná data by nebyla? Kolik elektřiny to tak vyrobí?
Re: Re: Nějaká data
Florian Stanislav,2019-04-17 23:09:10
Pan Mihulka píše výborné články.
Nic Vám nebrání napsat ještě lepší články s tím dohledáním detailů, ověřením správnosti a s přihlédnutím k diskuzi.
Re: Nějaká data
Vojta Ondříček,2019-04-17 20:11:45
Homo skepticus už tuší, že sklizeň energie ze sněžení nebude dramaticky gigantická.
Technická zpráva z odkazu uvádí:
Based on the single electrode mode, the device can generate an instantaneous output power density as high as 0.2 mW/m2, an open circuit voltage up to 8 V, and a current density of 40 μA/m2.
Řekl bych, že na provoz jednowatové svítilny bude potřeba jak husté sněžení, tak sklízecí zařízení s prochou pět tisíc metrů čtverečních. Trochu nepraktické to sebou vláčet.
Ovšem praktické využití tohoto generátoru na vločky je v meteorologických přístrojích (počítání vloček).
Nesněží každý den, vítr fouká častěj a tak jeden Rus představil (tak asi před dvaceti lety) svůj vynález na získání elektrické energie z větrného vzduchu. Jednalo se o "lesík" asi dvoumetrových kovových tyček upevněných na rámu, ten upevněný na izolátorech a ty upevněné někde na střeše. Podobné jako Franklinův pokus s drakem poletujícím v povětří na elektricky vodivé šňůře která sršela jiskrami do domovního klíče Franklina.
Kutila možná napadne si takovou staticky elektrickou "trolej" umístit na střechu automobilu a získanou elektrickou enegií napájet trakční motor.
Ještě mne tak napadá, jestli by nemoh být sestrojen generátor na principu tření ebonitové tyče liščím ohonem. Vítr by vlál ohony a ty by se otíraly o "lesík" ebonitových tyčí.
Re: Re: Nějaká data
Josef Šoltes,2019-04-17 21:58:16
To s tou tyčí na střeše a napájením trakčního motoru už napadlo Františka Běhounka v jeho knihách o Nemovi apod.
Re: Re: Re: Nějaká data
Vojta Ondříček,2019-04-18 02:13:53
Pan Běhounek dal Robinsonům Vesmíru na cestu nevyčerpatelné pentinové (názvem nerostu si nejsem jist) baterie. Ten nerost s nevyčerpatelnou el. energií se těžil kdesi v Antarktidě.
sníh se zbavuje elektronů?
Radovan Slegl,2019-04-17 08:38:01
Nejsem elektrikář, ale pokud je sníh vždy kladně nabitý, tak věta :" Sníh je podle tvůrců sněhového nanogenerátoru vyloženě rád, když se může zbavit svých elektronů." mi nějak nedává smysl.
Chápu, že tam vzniká statická elektřina, ale tohle nechápu.
Re: sníh se zbavuje elektronů?
Florian Stanislav,2019-04-17 09:15:37
No, chápat se to v kontextu dá. Sníh se snadno zbavuje elektronů, a tím se nabíjí trochu kladně. V kontaktu se silikonem se elektrony přesouvají více a napětí umožní vznik proudu.
https://www.airbi.cz/ionizace-vzduchu/
"Vzduch je vždy alespoň částečně ionizován účinkem kosmického záření a radioaktivity zemské kůry. Běžně vzniká v jednom cm3 vzduchu každou sekundu asi 10 kladných iontů a elektronů. Elektron vzniklý ionizací se může spojit s neutrální molekulou a vytvořit tak záporný iont."
Snad tedy záporné ionty se poněkud ze sněhu odčerpávají do vzduchu, sníh tedy je slabě kladně nabitý.
Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce
