Shkencëtarët përmirësojnë fuqinë dalëse të nanogjeneratorëve triboelektrikë me grimca karboni

Shumica prej nesh e kanë ndjerë goditjen nga elektriciteti statik duke prekur një objekt metalik pasi kemi veshur një pulovër ose duke ecur nëpër një qilim. Kjo ndodh si rezultat i akumulimit të ngarkesës sa herë që dy materiale të ndryshme (si trupi ynë dhe pëlhura) vijnë në kontakt me njëri-tjetrin.

Në vitin 2012, shkencëtarët nga SHBA dhe Kina përdorën këtë fenomen, të njohur si “efekti triboelektrik”, për të ndërtuar një nanogjenerator triboelektrik (TENG) që konverton energjinë mekanike të papërdorur në energji elektrike të dobishme. Pajisja e tyre përbëhej nga dy filma polimer triboelektrikë me elektroda metalike, të cilat, kur bashkoheshin dhe ndaheshin, rezultuan në ndarjen e ngarkesës dhe zhvillimin e një tensioni elektrik të mjaftueshëm për të fuqizuar pajisjet e vogla elektronike.

Të parë si korrës potencialë të qëndrueshëm të energjisë, janë bërë përpjekje për të rritur fuqinë dalëse të TENG-ve duke injektuar ngarkesa në sipërfaqen e filmave triboelektrikë. Sidoqoftë, rikombinimi i ngarkesës në elektrodë dhe zmbrapsja e ngarkesës në sipërfaqen e materialit i pengon ata të arrijnë densitet të lartë të ngarkesës sipërfaqësore.

Në këtë sfond, një ekip studiuesish të udhëhequr nga profesori Chanho Pak nga Instituti i Shkencës dhe Teknologjisë Gwangju (GIST) në Korenë e Jugut zhvilluan, në një studim të kohëve të fundit, një shtresë ngarkimi-izolimi që menaxhon transferimin e ngarkesave të injektuara midis filmit triboelektrik. dhe elektroda për të përmirësuar densitetin e ngarkesës në sipërfaqen e filmit triboelektrik. Ky punim u botua në Small Methods.

“Në dizajnimin e TENG-ve me performancë të lartë, është thelbësore të transportohet ngarkesa në sipërfaqe në një pozicion të thellë duke reduktuar rikombinimin e ngarkesës,” thotë Prof. Pak. Për të krijuar shtresat, studiuesit përdorën sfera karboni mezoporoze të tjerrura me elektronikë së bashku me shtresat e fluorit poliviniliden (PVDF) dhe najlonit. Sferat e karbonit, të cilat bllokojnë ngarkesat në sipërfaqe, u renditën në rendin rritës të sipërfaqeve të tyre specifike, duke krijuar një shtresë gradient ngarkimi-kufizimi. Si rezultat i kësaj rregullimi të gradientit, ngarkesat e injektuara mund të zhvendoseshin drejt elektrodës, por u kufizuan pak para se ta arrinin atë. “Shtesat transportojnë si dhe kufizojnë ngarkesat,” shpjegon Prof. Pak.

Duke i transportuar ngarkesat larg nga sipërfaqja, shtresat parandalojnë ngarkesat e injektuara që të grumbullohen dhe të zmbrapsen njëra-tjetrën në sipërfaqen e materialit triboelektrik, duke e lejuar atë të mbajë më shumë ngarkesë. Për më tepër, kufizimi i ngarkesave pranë elektrodave parandalon humbjen e ngarkesës për shkak të rikombinimit, duke rezultuar në një sipërfaqe triboelektrike me një densitet më të lartë ngarkese.

Me shtimin e shtresave që kufizojnë ngarkesën, studiuesit e përmirësuan tensionin e daljes dhe rrymën e TENG me 40 dhe shtatë herë, respektivisht. Për më tepër, duke kombinuar një TENG cilindrik dhe një gjenerator elektromagnetik, ata arritën një rritje dramatike 1300-fish në rrymën e daljes.

“Me këto rezultate premtuese, TENG-të një ditë mund të jenë mjaft të fuqishëm për të shërbyer si korrës të qëndrueshëm të energjisë, si dhe pajisje të veshshme të energjisë në të ardhmen,” thotë Prof. Pak.