Исследователи и коллеги Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе разработали новое устройство, которое вырабатывает электричество из падающего снега. Это первое в своем роде устройство недорогое, маленькое, тонкое и гибкое, как лист пластика.
«Устройство может работать в отдаленных районах, потому что оно обеспечивает собственное питание и не нуждается в батареях», - сказал старший автор Ричард Канер, который является доктором наук Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. Мён Ки Хон, председатель кафедры инноваций в области материалов. «Это очень умное устройство - метеостанция, которая может сказать вам, сколько снега выпадает, в каком направлении падает снег, а также направление и скорость ветра».
Исследователи называют это трибоэлектрическим наногенератором на основе снега, или снежным ТЭНом. Трибоэлектрический наногенератор, генерирующий заряд посредством статического электричества, производит энергию за счет обмена электронами.
Выводы об устройстве опубликованы в журнале Nano Energy.
«Статическое электричество возникает в результате взаимодействия одного материала, который захватывает электроны, и другого, который отдает электроны», - сказал Канер, который также является выдающимся профессором химии и биохимии, материаловедения и инженерии, а также членом Калифорнийского института наносистем Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. «Вы разделяете заряды и создаете электричество практически из ничего».
Снег заряжен положительно и отдает электроны. Силикон - синтетический каучукоподобный материал, состоящий из атомов кремния и кислорода в сочетании с углеродом, водородом и другими элементами - заряжен отрицательно. При попадании снега на поверхность силикона образуется заряд, который устройство улавливает, создавая электричество.
"Снег уже заряжен, поэтому мы подумали, почему бы не взять другой материал с противоположным зарядом и извлечь заряд для создания электричества?" сказал соавтор Махер Эль-Кади, исследователь химии и биохимии Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе.
«Хотя снег любит отдавать электроны, производительность устройства зависит от эффективности другого материала при извлечении этих электронов», - добавил он. «После тестирования большого количества материалов, включая алюминиевую фольгу и тефлон, мы обнаружили, что силикон производит больше заряда, чем любой другой материал».
Каждую зиму около 30 процентов поверхности Земли покрывается снегом, и в это время солнечные батареи часто выходят из строя, отметил Эль-Кади. Скопление снега уменьшает количество солнечного света, попадающего на солнечную батарею, ограничивая выходную мощность панелей и делая их менее эффективными. По его словам, новое устройство может быть интегрировано в солнечные батареи для обеспечения непрерывного энергоснабжения во время снегопада.
Устройство можно использовать для мониторинга зимних видов спорта, таких как катание на лыжах, для более точной оценки и улучшения результатов спортсмена при беге, ходьбе или прыжках, сказал Канер. У него также есть потенциал для определения основных моделей движения, используемых в беговых лыжах, которые не могут быть обнаружены с помощью умных часов.
Это может привести к появлению нового поколения носимых устройств с автономным питанием для отслеживания спортсменов и их выступлений.
Он также может посылать сигналы, указывающие, движется ли человек. Он может сказать, когда человек идет, бежит, прыгает или марширует.
Исследовательская группа использовала 3D-печать для разработки устройства, которое имеет слой силикона и электрод для захвата заряда. Команда считает, что устройство может быть произведено по низкой цене, учитывая «простоту изготовления и доступность силикона», - сказал Канер. Силикон широко используется в промышленности, в таких продуктах, как смазочные материалы, изоляция электрических проводов и биомедицинские имплантаты, и теперь у него есть потенциал для сбора энергии.