Wissenschaftler haben ein erstmaliges Gerät entwickelt, das aus nichts anderem als dem natürlichen Phänomen des Schneefalls Strom erzeugt.

Basierend auf den Prinzipien des triboelektrischen Effekts, bei dem nach dem Kontakt zweier Materialien elektrische Ladung erzeugt wird, nutzt die neue Technologie der Forscher die Tatsache, dass Schneepartikel eine positive elektrische Ladung tragen.

Aus diesem Grund geben Schneeflocken Elektronen auf, sofern sie die Möglichkeit haben, mit der richtigen, negativ geladenen Substanz zu interagieren.

"Schnee ist bereits aufgeladen, also dachten wir uns, warum nicht ein anderes Material mit der entgegengesetzten Ladung mitbringen und die Ladung entnehmen, um Elektrizität zu erzeugen?" erklärt den Chemiker Maher El-Kady von der UCLA sowie den CTO eines Forschungsunternehmens namens Nanotech Energy.

Während zuvor noch nie jemand Schnee auf diese Weise genutzt hat, haben andere Forscher ähnliche Dinge mit anderen Substanzen gemacht.

Das Gerät des Teams ist ein auf Schnee basierender triboelektrischer Nanogenerator – ein Material, das auf den triboelektrischen Effekt und die elektrostatische Induktion angewiesen ist, um Energie zu gewinnen.

In den letzten Jahren haben Wissenschaftler andere Arten von triboelektrischen Nanogeneratoren (TENGs) gebaut, die Strom aus Regentropfen, körperlicher Bewegung, Reibung von Autoreifen und sogar beim Gehen auf Dielen ernten.

Bei all diesen Ansätzen – einschließlich des neuen Snow TENG – ist das Prinzip dasselbe, auch wenn die Methoden je nach Bewegungsart und Material unterschiedlich sind.

"Statische Elektrizität entsteht durch die Wechselwirkung eines Materials, das Elektronen einfängt, und eines, das Elektronen aufgibt", sagt Richard Kaner, Chemiker und Materialwissenschaftler der UCLA.

"Sie trennen die Gebühren und erzeugen aus im Wesentlichen nichts Strom."

Mit dem Snow TENG haben sie nach der Konstruktion des Geräts und der Verwendung des 3D-Drucks zur Herstellung der Elektrode ihre elektrische Leistung mit einer Reihe verschiedener triboelektrischer Materialien gemessen, die als Funktionsschicht fungieren – nicht alle erwiesen sich als gleichwertig.

"Während der Schnee gerne Elektronen abgibt, hängt die Leistung des Geräts von der Effizienz des anderen Materials beim Extrahieren dieser Elektronen ab", sagt El-Kady.

"Nach dem Testen einer großen Anzahl von Materialien, darunter Aluminiumfolien und Teflon, stellten wir fest, dass Silikon mehr Ladung erzeugt als jedes andere Material."

015 Schneefallstrom-Nanogenerator 1Der Schnee-TENG wurde unter einem Wanderschuh installiert. (Abdelsalam Ahmed)

Mit Silizium als triboelektrische Schicht der Vorrichtung kann elektrische Ladung durch eine Reihe verschiedener Kontaktmechanismen erzeugt werden, einschließlich des Schnees, der direkt auf die Siliziumschicht fällt oder gegen diese gleitet.

In anderen Konfigurationen testete das Team die Silikonschicht, die mit Schnee in Kontakt kam, während er an einem Fahrradrad befestigt war, und auch unter der Sohle eines Wanderschuhs.

Während die in den Testexperimenten erzeugten Strommengen nicht groß waren, sagen die Forscher, es sei einfach, den TENG aus Schnee in Zukunft in Sonnenkollektoren zu integrieren. Dies würde ihnen helfen, bei Schneewetter Strom zu erzeugen, wenn ihre Sonneneffizienz ansonsten nachlässt negiert

Da jedes Jahr rund 46 Millionen Quadratkilometer der Erdoberfläche mit Schnee bedeckt werden, besteht eine große Chance, die Technologie zu vergrößern, die auch eines Tages für leistungsfähige Technologien verwendet oder in diese integriert werden könnte biomechanische Tracking-Sensoren.

Vielleicht eher in naher Zukunft, so die Forscher, könnte der Schnee TENG in abgelegenen Wetterstationen, die in schneereichen Gebieten installiert sind, ein Zuhause finden, wo er neben anderen meteorologischen Funktionen, wie Schneefall und Schneehöhe messen kann Windrichtung und Geschwindigkeit lesen.

Die Ergebnisse werden in berichtet Nano Energy.

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