Puuperäistä käyttövoimaa langattomille antureille

Toronton ja Waterloon yliopiston tutkijoiden mukaan puuperäisiä materiaaleja voidaan käyttää sähköenergian keräämiseen jokapäiväisistä liikkeistä, kuten kävelystä.

Innovaation taustalla on staattisen sähkön trioboelektrinen vaikutus ja sitä hyödyntäen tutkijat ympäri maailmaa kehittelevät laitteita, jotka tunnetaan nimellä triboelectric nanogenerators.

Useimmat nykyiset tribosähköiset ratkaisut sisältävät synteettisiä materiaaleja, kuten polytetrafluorieteeniä (PTFE), joka tunnetaan myös tuotenimellä Teflon. Tämä materiaali kuitenkin säilyy ympäristössä pitkiä aikoja, ja sen mahdollisista terveysvaikutuksista on herännyt huolta. Yan ja hänen tiiminsä halusivat nähdä, olisiko mahdollista luoda luonnollinen, biohajoava korvike.

"Luonnonmateriaalien, kuten selluloosan, käyttöä on kyllä kokeiltu tämän tyyppisissä tribosähkögeneraattoreissa", Yan sanoo. "Mutta useimmat ryhmät ovat käyttäneet selluloosaa vain siinä kerroksessa, joka menettää elektroneja, jota kutsumme tribopositiiviseksi kerrokseksi. Halusimme kehittää luonnollisen korvikkeen toiselle puolelle, tribonegatiiviselle kerrokselle.

Uusi materiaali on valmistettu nanofibrilleistä, pienistä kasvimateriaalisäikeistä, jotka ovat satoja tuhansia kertoja ohuempia kuin ihmisen hiukset. Kun muut ryhmät ovat käyttäneet nanofibrillejä, jotka on valmistettu selluloosasta Yan ja hänen tiiminsä ovat käyttäneet myös toista luonnollista polymeeriä, joka tunnetaan nimellä ligniini.

"Ligniini on monimutkainen, haarautuva molekyyli", sanoo Nicolas Tanguy, tutkimuksen toinen johtava kirjoittaja.

”Ligniini on monissa massa- ja paperituotteissa poistettava epäpuhtaus. Mutta tässä tapauksessa havaitsimme, että noin 30 prosentin ligniinin jättäminen nanofibrilleihin itse asiassa paransi niiden suorituskykyä tribonegatiivisina materiaaleina.

U of T Engineering -tiimi lähetti lignoselluloosan nanofibrillit professori Dayan Banille ja hänen tiimilleen Waterloon yliopiston sähkö- ja tietokonetekniikan laitokselle. He sisällyttivät materiaalin tribosähköisen nanogeneraattorin prototyyppiin.

"Tärkein haasteemme oli löytää erittäin tehokas tapa muuttaa mekaaninen energia sähköenergiaksi ja sitten varastoida tarpeeksi energiaa järjestelmän tehonlähteeksi", sanoo Ban, joka suoritti tohtorin tutkinnon U of T:ssä. "Oli palkitsevaa saavuttaa se samalla rajoittaa myös monitoimijärjestelmän ympäristöjalanjälkeä."

Tämä laite pystyi tuottamaan 160 prosenttia enemmän jännitettä ja 140 prosenttia enemmän virtaa verrattuna vastaavaan laitteeseen, joka käytti PTFE:tä tribonegatiivisena kerroksena.

"Tämä materiaali ei vain toimi paremmin kuin PTFE, vaan se on myös biohajoava", Yan sanoo. "Tämä tekisi siitä erittäin hyödyllisen kertakäyttöisissä biosensoreissa. Poistamalla sekä akun että PTFE:n vähennämme ympäristövaikutuksia huomattavasti."

Aiheesta aiemmin:

Sähköä puusta