Zimní radovánky: Praktická nanotechnologie vyrábí elektřinu ze sněhu  
Nový triboelektrický nanogenerátor snow-TENG se nebojí zimy ani sněhu. Jako klíčový materiál využívá silikon, který je překvapivě skvělý pro těžbu elektrického náboje z dopadajících sněhových vloček. S touhle nanotechnologií ve vánici neuváznete!

Blizzard. Kredit: Several seconds / Flickr.
Blizzard. Kredit: Several seconds / Flickr.

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.

 

Richard Kaner. Kredit: UCLA.
Richard Kaner. Kredit: UCLA.

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.

Snow-TENG na podrážce. Kredit: Abdelsalam Ahmed / UCLA.
Snow-TENG na podrážce. Kredit: Abdelsalam Ahmed / UCLA.


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.

Datum: 16.04.2019
Tisk článku

Stručná historie času - Hawking Stephen
 
 
cena původní: 249 Kč
cena: 209 Kč
Stručná historie času
Hawking Stephen
Související články:

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?

Odpovědět


Petr Bolek

,2019-04-17 17:28:58

Vzkazy autorům adresujte redakci. (Admin)

Odpovědět


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.

Odpovědět


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.

Odpovědět


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.

Odpovědět


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.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Nějaká data

Josef Šoltes,2019-04-19 13:08:29

Nejen. Mám dojem, že jeho objev proběhl tak, že si tím nerostem někdo obložil ohniště a pekl si buřty a ono mu to roztavilo prut. :-)

Odpovědět

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.

Odpovědět


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.

Odpovědět


Re: sníh se zbavuje elektronů?

Jiří Pospíšil,2019-04-17 19:48:45

A co se děje se sněhem, který je obšťastněný vybitím se na silikonu, aby proud mohl dál téct. Asi by to chtělo větrnou turbínku s vyklepávačem silikonu.

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni
















Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace