Трибоэлектричество —энергия, которой раньше пренебрегали

Лёгкая морская рябь обеспечивает энергией тысячи домов, танцоры вырабатывают электричество для всего ночного клуба, вдали от благ цивилизации туристы силой ног на ходу подзаряжают свои смартфоны. Чистый и надёжный, свободный от геополитических рисков источник энергии уже сегодня находится в пределах досягаемости благодаря использованию трибоэлектрического эффекта.

Исследователи из Технологического института Джорджии заявили, что они построили прототип простого устройства, преобразующего старт-стопное движение в энергию. По их словам, волны, ходьба и танцы, даже ливень или клавиши компьютера в один прекрасный день могут быть использованы для управления датчиками, мобильными гаджетами и даже генераторами энергии.

Чжун Линь Ван (Zhong Lin Wang), профессор материаловедения и инженерии называет изобретение не иначе как прорывом. «Наша технология может быть использована для масштабного сбора энергии. Теперь энергия, которую мы теряли на протяжении веков, станет полезной», - полагает профессор.

Трибоэлектричество известно всем из школьных опытов. Оно вырабатывается при трении двух предметов, вызывающем перемещение и концентрацию электронов. В быту трибоэффект проявляется в статических зарядах. Любой из нас может вспомнить, как его «ударила током» кошка или «стукнула» автомобильная дверца.

Трудно предугадать, когда и как проявит себя трибоэлектричество. Поэтому до сих пор с ним предпочитали не связываться, используя в качестве источника электроэнергии более предсказуемые индукционные генераторы, вращаемые силой пара, воды или ветра.

В новом исследовании, опубликованном в журнале Nature Communications, группа Вана показала, что учёным удалось преодолеть принципиальные препятствия для преобразования генерируемых случайно электрических зарядов в ток.

Прототип трибогенератора, назначение которого в демонстрации потенциальных возможностей сбора энергии, выглядит как диск диаметром около 10 сантиметров. Внутри находятся два вращающихся листа материала в форме круга, один донор электронов, другой их приёмник. При вращении между ними образуется электрический заряд, так как листы изолированы друг от друга. Третий диск с электродами расположен между двумя первыми. Он «снимает» заряд и обеспечивает небольшой электрический ток через полезную нагрузку.

Мощность устройства при максимальной скорости вращения 3000 оборотов в минуту составляет 1,5 Вт. Энергоэффективность прототипа составляет 24%, что сравнимо с показателями магнито-индукционных турбин и в три раза выше эффективности пьезокристаллов, ранее считавшихся лучшими сборщиками механической энергии.

По словам Вана устройство может работать не только под напором ветра или воды из-под крана, но и от случайных прерывистых движений, обеспечивающих вращение, включая движения человека. «Пока есть механическое действие, есть энергия, которая может генерироваться», - утверждает профессор.