Dodano: 02 wrzesień 2021r.

Podłoga, która wytwarza energię elektryczną podczas chodzenia

Naukowcy ze Szwajcarii postanowili sięgnąć do nieoczywistego źródła energii odnawialnej. Chodzi o coś, co zwykle znajdujemy pod naszymi nogami, a konkretnie o drewniane podłogi. Dzięki wykorzystaniu nanogeneratorów zamontowanych w drewnie, możliwe jest generowanie elektryczności po prostu stąpając po podłodze.

Podłoga, która wytwarza energię elektryczną podczas chodzenia

 

Szwajcarscy naukowcy opracowali technologię, która może zamienić kroki w elektryczność. Wykorzystując nieoczekiwane źródło energii, drewnianą podłogę, badacze stworzyli urządzenie do generowania energii, które wykorzystuje drewno z powłoką silikonową i osadzonymi w niej nanokryształami. Dzięki temu zwyczajne chodzenie po tak skonstruowanej podłodze może wytworzyć wystarczającą ilość energii do zasilania żarówek LED i małych urządzeń elektronicznych, twierdzą autorzy wynalazku. Nowe badania opublikowano w czasopiśmie „Matter” (DOI: 10.1016/j.matt.2021.07.022).

Zespół rozpoczął budowę „podłogowego nanogeneratora” poprzez umieszczenie dwóch kawałków specjalnie zmienionego drewna pomiędzy elektrodami. Kawałki drewna naładowują się elektrycznie poprzez okresowe styki i separacje po nadepnięciu na nie. Jest to zjawisko zwane efektem tryboelektrycznym. Elektrony mogą przenosić się z jednego obiektu na drugi, generując energię elektryczną.

Problem z drewnem

Naukowcy przyznają, że z drewnianymi materiałami jest jeden zasadniczy problem. - Drewno jest zasadniczo tryboneutralne. Oznacza to, że nie ma rzeczywistej tendencji do nabywania lub tracenia elektronów - mówi główny autor wynalazku Guido Panzarasa z Wood Materials Science w Eidgenössische Technische Hochschule (ETH) Zürich i Swiss Federal Laboratories. Zatem wyzwaniem dla badaczy stało się stworzenie drewna, które jest w stanie przyciągać i tracić elektrony.

Aby zwiększyć właściwości tryboelektryczne drewna, naukowcy pokryli jeden kawałek specjalnym silikonem, który zyskuje elektrony w kontakcie, a drugi kawałek nanokryształami, mającymi dużą tendencję do utraty elektronów.

Badano również różne rodzaje drewna, aby ustalić, czy określone gatunki lub kierunek cięcia mogą wpłynąć na właściwości tryboelektryczne, służąc jako lepsze rusztowanie dla zastosowanych powłok. Naukowcy odkryli, że najlepiej spisał się nanogenerator wykonany z promieniście ciętego świerku, drewna powszechnie stosowanego w budownictwie w Europie.

Wszystkie te zabiegi zwiększyły wydajność nanogeneratora tryboelektrycznego. Urządzenie było stabilna przez okres do 1500 cykli, czyli oddziaływania na drewno przez nacisk.

Duże osiągi niewielkiego prototypu

Prototyp drewnianej podłogi o powierzchni nieco mniejszej niż kartka papieru, może zasilić domowe lampy LED i małe urządzenia elektroniczne, takie jak kalkulatory. W testach udało się zapalić żarówkę, gdy dorosły człowiek chodził po nowym materiale, zamieniając kroki w energię elektryczną.

- Naszym celem było zademonstrowanie możliwości modyfikacji drewna za pomocą metod przyjaznych dla środowiska, aby uczynić je tryboelektrycznymi - mówi Panzarasa. - Świerk jest tani i dostępny oraz ma korzystne właściwości mechaniczne. Metoda funkcjonalizacji jest dość prosta i może być stosowana w przemyśle – przekonuje naukowiec.

Oprócz tego, że nowo opracowany nanogenerator jest wydajny i zrównoważony, to zachowuje również cechy przydatne w projektowaniu wnętrz, w tym jego wytrzymałość mechaniczną i ciepłe kolory. Naukowcy mają nadzieję, że pomoże to w promowaniu wykorzystania nanogeneratorów drewnianych, jako ekologicznych źródeł energii w inteligentnych budynkach.

Panzarasa i jego zespół chcą ulepszyć nanogenerator za pomocą powłok chemicznych, które są bardziej przyjazne dla środowiska i łatwiejsze do wdrożenia. - Mimo że początkowo skupiliśmy się na badaniach podstawowych, ostatecznie chcemy doprowadzić do zastosowań w świecie rzeczywistym - mówi Panzarasa.

 

Źródło: Cell Press