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.

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.

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.