Z oboustranné lepicí pásky je možné vyrobit levný generátor elektřiny  
Nový triboelektrický nanogenerátor amerických materiálových vědců využívá levné a jednoduché materiály, přičemž zajistí více elektřiny než stávající podobné systémy pro těžbu statické elektřiny. Oboustranná lepicí páska potvrzuje, že její uplatnění je téměř nekonečně rozmanité.
TENG z oboustranné lepicí pásky. Kredit: Jang et al. (2022), ACS Omega.
TENG z oboustranné lepicí pásky. Kredit: Jang et al. (2022), ACS Omega.

Statická elektřina dovede být nepříjemným protivníkem při oblékání nebo podobných každodenních činnostech. Zároveň ale představuje zajímavý zdroj energie, kterou je možné těžit. Většina statické elektřiny, co se nám připlete do cesty, vzniká díky tribolektrickému jevu, tedy třením dvou různých materiálů o sebe.

 

Gang Wang. Kredit: University of Alabama in Huntsville.
Gang Wang. Kredit: University of Alabama in Huntsville.

Zmíněný jev využívají při těžbě elektrické energie stále populárnější triboelektrické nanogenerátory (TENG). Přeměňují mechanickou energii na elektřinu. Přestože statická elektřina působí dojmem poměrně prostého a jednoduchého jevu, mnohé TENG generátory jsou dost komplikované a drahé, přičemž vyrábějí jen poměrně málo elektřiny. To je jasná motivace pro materiálové vědce, kteří usilují o zlepšení.

 

Logo. Kredit: University of Alabama in Huntsville.
Logo. Kredit: University of Alabama in Huntsville.

Gang Wang z americké University of Alabama v Huntsville a jeho kolegové vyvinuli TENG s jednoduchým designem, který lze snadno vyrobit a přitom dodává obstojné množství elektřiny. Jeho základem je běžná komerční oboustranná lepicí páska, kterou badatelé uspořádali do vrstvy společně s tenkým plastovým filmem a tyto dva materiály následně obklopili rovněž tenkými plátky hliníku.

 

Pokud se tento „sendvič“ stlačí a pak se tlak zase uvolní, při oddálení lepicí pásky a plastu vznikají elektrické jiskry. Čím větší je tlak, tím více vznikne elektřiny. Při vhodném uspořádání tento generátor vytvoří 196,6 wattu na metr čtvereční. To by mělo být o 47 procent více, než bylo kdy uváděno pro podobná zařízení.

 

Tengův tým prověřil nový TENG generátor v sérii testů. Dokázal rozsvítit přes 400 LEDek, pokud ho někdo mačkal. Po připevnění na spodek boty rozsvítil LEDky při prvním kroku. Experimenty rovněž potvrdily, že může pohánět laserovou diodu, což otevírá k použití tohoto TENG generátoru v senzorech a fotonice. Podle tvůrců by tento generátor mohl prorazit v autonomní elektronice, co se nabíjí sama, protože ve srovnání se soudobými technologiemi zajistí více elektřiny při použití levnějších a jednodušších materiálů.

 

Video: Working Mechanism of Triboelectric Nanogenerator

 

Literatura

American Chemical Society 21. 11. 2022.

ACS Omega 7: 42359–42369.

Datum: 24.11.2022
Tisk článku

Související články:

Na obzoru jsou ohebné nanogenerátory energie z lidského pohybu     Autor: Stanislav Mihulka (14.12.2016)
Zimní radovánky: Praktická nanotechnologie vyrábí elektřinu ze sněhu     Autor: Stanislav Mihulka (16.04.2019)
Realita poráží science-fiction: Nové zařízení generuje elektřinu ze stínů     Autor: Stanislav Mihulka (08.06.2020)



Diskuze:

Mechanický pohyb

Vojtěch Běhunčík,2022-11-25 19:32:20

lze přeměnit na elektřinu také využitím piezoelektrického jevu/* - a to poměrně účinněji než třením / využitím triboelektrického jevu. Například v podrážkách bot pěšáků, kde by vyráběly elektřinu za chůze ... údajně DARPA to zkoušela ...
/* viz třeba archivní stránka
https://www.piezosystem.com/piezo_actuator_nanopositioning/downloads_publications/technical_information/piezo_theory/
P.S.
Piezokrystal máme v zapalovači plynu a funguje už celá léta.
Nové modely zapalovačů jsou už na baterky a potřebují plyn, aby zapálily plynový hořák ...

Odpovědět

Travmyš Polní,2022-11-25 11:28:55

100 LED... a žádné konkrétní měření, tedy předpokládejme, že dosáhl napětí okolo 3V, aby se LED rozsvítila a každou LED protékal alespoň 1mA i když mnohým stačí k rozsvícení méně. To je cca 1.2W. Pokud bychom byli rozmařile optimističtější a vzali katalogové údaje pro modré LED, tak máme 3.4V a cca 30mA (to je násobně víc, než je potřeba k rozsvícení), tak to je pořád jen pouhých max 41W.

Ale k těm 400 LED nevidím, jak velké to zařízení bylo. Celý 1m2? Víc? A kolik dosáhl na řekněme 1cm? Nebo 4cm2? Bylo to účinnější než piezo krystal používaný v některých komerčně prodávaných bezdrátových vypínačích? (zvonková tlačítka např.) Tzn. aby to mělo alespoň nějaký praktický užitek?

Nebylo by efektivnější - než mačkat 1m2 hmoty, raději šlapat na statickém bicyklu s alternátorem? Tím jsme na cca 100W bez velkého zkoumání a námahy (s námahou krátkodobě i víc)

Ta vize budoucnosti... nakrmíme otroky, pardon zaměstnance a ti šlapáním pohánějí korporát a ještě u toho mohou dělat nějakou lehčí administrativu, aby se nenudili. Celé to zabalíme jako eko a zdraví prospěšné. Davy šílí nadšením. No, nebyla by to krása?

Nebo je to odlepovadlo jen čerpadlo grantů bez velké naděje na uplatnění?

Odpovědět

Travmyš Polní,2022-11-25 11:27:23

100 LED... a žádné konkrétní měření, tedy předpokládejme, že dosáhl napětí okolo 3V, aby se LED rozsvítila a každou LED protékal alespoň 1mA i když mnohým stačí k rozsvícení méně. To je cca 1.2W. Pokud bychom byli rozmařile optimističtější a vzali katalogové údaje pro modré LED, tak máme 3.4V a cca 30mA (to je násobně víc, než je potřeba k rozsvícení), tak to je pořád jen pouhých max 41W.

Ale k těm 400 LED nevidím, jak velké to zařízení bylo. Celý 1m2? Víc? A kolik dosáhl na řekněme 1cm? Nebo 4cm2? Bylo to účinnější než piezo krystal používaný v některých komerčně prodávaných bezdrátových vypínačích? (zvonková tlačítka např.) Tzn. aby to mělo alespoň nějaký praktický užitek?

Nebylo by efektivnější - než mačkat 1m2 hmoty, raději šlapat na statickém bicyklu s alternátorem? Tím jsme na cca 100W bez velkého zkoumání a námahy (s námahou krátkodobě i víc)

Ta vize budoucnosti... nakrmíme otroky, pardon zaměstnance a ti šlapáním pohánějí korporát a ještě u toho mohou dělat nějakou lehčí administrativu, aby se nenudili. Celé to zabalíme jako eko a zdraví prospěšné. Davy šílí nadšením. No, nebyla by to krása?

Nebo je to odlepovadlo jen čerpadlo grantů bez velké naděje na uplatnění?

Odpovědět


Re: Pozři (na) článek a rozsvítí Se Ti

Josef Hrncirik,2022-11-25 18:42:23

Wang Gang si přinesl babylonské zmatení jazyka z missie do Iráku, kde do něho nepřiměřeně tlačili vodu vrchem, spodem a od té doby nikdy neprozradil nic podstatného a jen kalí H2O vrchem.
…“…Pokud se „sendvič Al, oboustranná páska, PET, Al“ stlačí a pak se tlak zase uvolní,
při oddálení (odsunu) lepicí pásky a plastu vznikají elektrické jiskry. Čím větší je tlak, tím více vznikne elektřiny. Při vhodném uspořádání tento generátor vytvoří 196,6 wattu na metr čtvereční.
Dokázal rozsvítit přes 400 LEDek, pokud ho někdo mačkal. Po připevnění na spodek boty rozsvítil LEDky při prvním kroku. „ …

Jak vidno zříti, rozzvvibbrrovat sandwich není jednoduché. Vibbrrátor Smart Shaker 2007E01 from The Modal Shop zobrazený ve fig. 1b článku je znamenitý 60 W, 3 kg těžžkkýý ppyyjj.
196,6 wattu el. na metr čtvereční sandwiche prý navibruje ztrátou jen cca 60 kW.
Pro Klamovaných Krásných 196,6 W/m2 však nebrrnníí ani v maximu slasstného přilepování a ani polovina při rozzllepování není kýžených ½ 197 W/m2, ale max. max. jen 7 W/m2 při vyvrcholení, jak je zcela jaeně zřejmo z obr. 1e. V průměru celého actu opakovaného 20 Hz je to stále jen cca 0,4 W/m2
i s modrou tabletou.

Klamavá Re Klama je tedy solidních 27 dB.

Ve fig.3b Gang udává max.? či prům. tlak při ? rozlepování či ?zslepování cca 0,26 atm.
Max. rozlepovací práce cca 10 cm2 sandwiche amplitudou 2 mm při 20 Hz, by byla cca 1 W. Průměrně získáno 1/2500 tj. jen 0,4 mW. Chtěl bych vidět mouchy vyletující z mucholapky vesele frekvencí 20 Hz, ev. i jen touto frekvencí se přilepujíc vyhonivše vzdušnou podušku.

V 15.ř. úvodu Gang píše, že pokud by rozlepování sandwiche či pod drážky v botě probíhalo ve vakuu, bylo by možno prsty chůzí sprintem průběžně rentgenovat.

Z fig.10b zřejmo, že vibrrátor se ne rrozs sype dříve než/h.

Odpovědět


Re: Re: Pozři (na) článek a rozsvítí Se Ti

Josef Hrncirik,2022-11-29 08:32:45

Teng z Wangova gangu chycený na vějičku z oboustranné lepící pásky se mlaskavě s jiskřením odlepuje z pastičky údajně podle údaje tenzometru z obr.3b překonáním podtlaku izolepové bařiny 0,26 kg/cm2, tj. při ploše pastičky 10 cm2 silou údajně cca 25,5 N. Pochopitelně síla a její drahá od trhu jsou trhem schválně zcela nejasné de finovány, aby umožnily ne kalé rejdy Wangova gangu.
Fyzikálně je Tengův problém jednoduchý jako ukrajinská energetika.
Je to čistě elektrostatický problém přetaženého, neustále zvyšováním napětí probíjejícího smrtelně nebezpečného vzdušného kondenzátoru.
Aplikací jednoduchých vztahů pro deskový kondenzátor (kapacita, energie, časová konstanta by brzy NATO Wangův Gang snadno obdržel vše potřebné, žel bez klamů a násilí a nepřiměřeného zisku z prodeje, z braní a produkce CO2.
Klíčem k řešení tohoto profláklého zápočtového příkladu je průrazné napětí vzduchu cca 3 kV/mm. I samotný Cappo Gang si okamžitě všiml probíjení dielektrika jiskřičkami v prachárně Vrbětic při rozlepování izolepy a PET folie jejich balených pomocí. Nedostal však smrtelnou ránu, která by nastartovala jeho fyzikální myšlení. Condensátor měl plochu desek 10 cm2, zprvu bez vzduchu, jen slepených prodejnou izolepou tajné tloušťky lepu i PET a proto též tajné capacity. Rozdělením slepeného kontaktu 2 různých materiálů vznikne mezera sériového vzduchového kondenzátoru. Pokud by max. mezera měla 2 mm, měl by kapacitu jen cca 4,4 pF, při vzdálenosti desek 0,2 mm 44 pF. V probíjeném vzduchovém dielectricu nelze nahamounit více než 3 kV/mm tj. 6 kV, a s maturitou 26,4 nC, tj. hustota náboje přilepeného na desky ve vzduchu 1 atm nemůže být větší než 0,026 mC/m2. Při max. napětí 6 kV je v 10 cm2 vzduchovém kondenzátoru cca 79 uJ, tj. 0,079 J/m2. Napětí a náboje experimentu se však dosti liší. Nestranná páska by mohla být na děravém textilu Gázy nanesena běžným vodivým kontaktním lepem (jako u Cu zemnících fólií) a tedy ne býti nabitým dielektrikem dalšího kondoše. Ten bude ale tvořit 50 um silná PET pokovená fólie na kteroužto se izolepa přiodlepovává. Tato elektroda má při 50 um průrazné napětí PET cca 1000 V a kapacitu cca 590 pF, při kterých je v dielektriku cca 0,59 mJ.
Hustota náboje na probíjeném PET je pak cca 0,65 mC/m2. Svodový odpor 10 cm2 PET kond. (eldy), je cca 400 GOHM a časová konstanta samovybíjení je dostatečných cca 240 s. Měření na obr. 1 nemá definovány dráhy a fáze vibr. pohybu použilo ad hoc zátěž 400 MOHM a mělo o mnoho řádů menší výsledky než uvedené odhady.

Probíjení izolátorů i dielektrika velmi usnadní grafitová bomba. Grafitová bomba byla poprvé použita proti Iráku v válka v Zálivu (1990–1991) a vyřadila 85% elektrického napájení. Podobně byla používána grafitová bomba BLU-114 / B „Soft-Bomb“ NATO TM R proti Srbsku v květnu 1999 k deaktivací 70% elektrické sítě této země. Po počátečním úspěchu v deaktivaci srbských elektrických energetických systémů bylo elektrické napájení obnoveno za méně než 24 hodin. BLU-114 / B byl o několik dní později znovu použit k boji proti srbským snahám o obnovení škod způsobených počátečním útokem. V pozdější fázi roku Operace spojenecké síly, Vzdušné síly NATO použily konvenční bomby a rakety k cílení Silných Sil a transformačních stanic. Grafitová bomba byla poprvé použita proti Iráku ve válce v Zálivu (1990–1991) vyzáření 85% elektrického napájení. Podobně byla používána grafitvá bomba BLU-114 / B „Soft-Bomb“ NATO proti Srbsko v květnu 1999 k deaktivaci 70% elektrické sítě této Země. Po počátečním úspěchu v deaktivaci zamořených velkosrbských elektrických energetických systémů bylo elektrické napájení obnoveno za méně než 24 hodin. BLU-114 / B byl o několik dní později znovu použit k boji proti velkosrbským snahám o obnovení škod způsobených Počátečním Útokem. V pozdější fázi Roku Operace Spojenecké Síly (SS), Vzdušné síly (VS) na to NATO použily konvenční bomby a rakety k cílení Silných Sil SS a SA transfúzmačních stanic. Cílené é Chyby překladu zaručuje Umělecká Inteligence Service. Mnohonásobné zvýšení cen elekřtiny je zaručeno.

I přes snahu zmást nepřátelské spojence nejasnými parametry a počtem zapojených kondenzátorů, je zřejmé, že původně nízké kontaktní napětí prvotního dotyku linií, (ev. v počátku odtržení separatistů) lze zvýšit pouze vydatnými dodávkami nábojů do míst separace a irendenty a vydatnou vnější prací vynaloženou na vzdalování na obou stranách linie hromadívších se nábojů.

Energii uloženou ve vzdalování odděleně dodaných a vzdalovaných nábojů lze pak snadno a prudce uvolnit ve spotře biči při optimálním odporu např. na el. sesli či na burze.

Odpovědět


Re: Re: Re: Pozři (na) článek a rozsvítí Se Ti

Josef Hrncirik,2022-11-30 00:04:22

Co je na Tengově návrhu vhodné a naopak škodlivé?
El. energii získám buď vysouváním dielektrika z nabitého kondoše nebo lépe vzdalováním jeho desek.
Pro startovní oddělení nábojů je asi vhodné oddělit vrstvu kyselou od zásadité, či oxidující od redukující a usnadnit přechod pohyblivého náboje z vrstvy větší polaritou ev. el. předpětím či dobrým elektretem. Možná není nutný až lepivý kontakt, který asi nese mech. ztráty a při zbytečně velké startovní nábojové hustotě stejně dochází k výbojům poškozujícím vrstvu hlavně dopady e- ? O2+ . Kondenzátor na hranici probíjení je zdroj s neprakticky vysokou impedancí. Pokud je do serie se vzduchovým dielektrikem řazeno tlusté dielektrikum lepící a metalizované pásky, problém vysoké impedance smalou kapavitou roste. Nic takováho je nezajímalo. Naměřili v odlepovém mžiku? 8 ms řekněme i cca 150 V při cca 20 uA, tj. cca 7,5 MOHM. Nesystematicky, poněkud záhadně měřili na zátěži i 4 či 70 MOHM. 10 mW LED jaksi svítí i při 1,4 V.1mA. 300 diod by představovalo jen cca 0,4 MOHM a 20uA asi mimo temnou komoru skoro neblikne.

Odpovědět

A kde vzit mechanickou energii?

Miroslav Pragl,2022-11-24 20:47:34

Koukal jsem na souvisejici videa a je to tristni.

Az na par vyjimek, ktere zminuji napr. energii priboje, nabizeji autori vyuziti v chodnicich, silnicich, dokonce v kolejich. Prizivnici, chteji zvysit spotrebu aut a vlaku a prijem jidla u chodcu. Kdyby tam byla aspon telocvicna pro redukcni dietu nebo neco co dava trosku smysl.

Chjo.

MP

Odpovědět


Re: A kde vzit mechanickou energii?

Monča Vrabelova,2022-11-24 20:56:59

Věděla bych - můj šéf neustále tříská s dveřmi - léčí si tím mindráky...

Odpovědět


Re: A kde vzit mechanickou energii?

Vojtěch Kocián,2022-11-25 09:35:52

Mně by se to líbilo v bezdrátové klávesnici, pokud by to eliminovalo nutnost měnit nebo nabíjet baterie. Akorát bych asi musel do kláves mlátit trochu víc.
Chodníky šetřící klouby chodců by ničemu neškodily, ale podle mě to dává větší smysl v podrážkách bot, které jsou tak jako tak odpružené. Ještě vymyslet co smysluplného tím napájet. Možná nějaké osvětlení na noc by nemuselo být od věci. Nebo nabíjení akumulátoru pro telefon nebo ohřev ponožek na noc na výpravy mimo civilizaci.

Odpovědět


Re: Re: A kde vzit mechanickou energii?

Vojtěch Kocián,2022-11-25 09:38:53

A pokud jde o silnice a kolejnice, tak se nabízí napájení nějakých dopravních detektorů. Občas není příjemné tahat všude dráty a solární napájení v zimě není ideální.

Odpovědět


Re: Re: Re: A kde vzit mechanickou energii?

D@1imi1 Hrušk@,2022-11-25 13:52:39

Takže po měsíční dopravní uzavírce nebudou detektory fungovat, protože se vybijou? :-)

Odpovědět


Re: Re: A kde vzit mechanickou energii?

Miroslav Pragl,2022-11-25 14:24:39

Chodniky setrici klouby by namahaly svaly. A namahaly by je VSEM. Neni lepsi nechat at si kazdy vezme vhodnou obuv?

Napajeni ruznych dopravnich systemu, na ktere jsem zaplatil danemi, mym benzinem? OK pokud se snizi napr. spotrebni dan z poh. hmot.

MP

Odpovědět


Re: Re: Re: A kde vzit mechanickou energii?

Vojtěch Kocián,2022-11-26 07:37:55

Chůze po trávníku je oproti chůzi po betonu určitě o tolik namáhavější, že si musím obědnat dva knedlíky k obědu navíc, abych to kompenzoval. Kdo chodí víc než jen od auta ke gauči, tak ví, že chůze po tlumeném povrchu je příjemnější a dá se bez následků dojít dál. Tím nechci říct, že je to dobrá aplikace, ale argument namáháním svalů je fakt mimo.

Předpokládám, že raději ze svých daní zaplatíte 5 km výkopu a jednoúčelového kabelu nebo solární panel s 50 kg akumulátorem nebo palivový článek a jeho obsluhu, která ho musí každý týden doplňovat (to jsou aplikace z praxe). Nezapomeňte uspořádat demonstraci proti indukčním smyčkám u skoro každého semaforu. Určitě při projetí nad nimi vezmou autu pár milijoulů pohybové energie. O zpomalovacích prazích a omezeních rychlosti nemluvě.

A pokud někomu vadí, že detektor nebude prvních 5 minut po skončení týdení uzavírky fungovat (málo pravděpodobné), může pověřit toho, co uzavírku likviduje, výměnou akumulátoru za nabitý.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: A kde vzit mechanickou energii?

Miroslav Pragl,2022-11-26 19:20:43

Jeden clovek nahodnou chuzi toho moc nenabije. Je potreba prestat uvazovat v mantinelech sve malickosti a prejit na velika cisla. Nebo aspon pocitat v realnych jednotkach: kolik knedliku je potreba na ziskani 1 kWh full-time pobihanim po takto upravenem povrchu?

Pokud by ucinnost byla 100%, vychazi mi to na jednu az dve sisky, hodne mastene, rekneme nejakych 50-100 kc / kWh.

Jeden fyzicky pracujici clovek ma odhadem vykon 150 W, maka 8 hodin, tedy musime pokryt nejaka 3 jidla fyzicky pracujiciho cloveka, aby oddupal 1 kWh). Ale ona ta ucinnost TENG bude radove 10%, takze uz jsme u stokorun za kWh.

Proste free energy jak vysita. Oh wait!

MP

Odpovědět


Re: Re: A kde vzit mechanickou energii?

Oldřich Vašíček st.,2022-11-25 19:24:24

Klávesnice je dobrý nápad. Hlavně pro hráče. Syn by byl schopen i dobýt telefon nebo uvařit kafe. :)

Odpovědět


Re: Re: Re: A kde vzit mechanickou energii?

Tomáš Vals,2022-11-26 11:28:33

U nás bychom mohli i svítit... Dobrý nápad...

Odpovědět


Re: Re: Re: A kde vzit mechanickou energii?

Tomáš Vals,2022-11-26 11:30:55

A hlavně si tlačítek na myši...

Odpovědět


Re: A kde vzit mechanickou energii?

Vojtěch Běhunčík,2022-11-25 19:09:24

Traduje se historka o Edisonovi, který prý měl velmi těžce se otvírající domovní branku.
Když si jeden host postěžoval, pravil Edison, že tím otevřením mu načerpal do rezevoáru 3 galony vody ... (číslo si přesně nepamatuju ... )

Odpovědět


Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce








Zásady ochrany osobních údajů webu osel.cz