نانو ژنراتور تریبوالکتریک: فناوری جدیدی که از قطرات باران، برق تولید می‌کند

تصویر فوق نشان می‌دهد که این پنل‌های D-TENG ممکن است چه شکلی باشند. همچنین نشان می‌دهد که چگونه ساختار پل(bridge structure) ، هنگامی که با الکترودهای پایینی ترکیب می‌شود، منجر به ذخیره سازی انرژی بهتر می‌شود.

منبع: iEnergy، انتشارات دانشگاه Tsinghua

هنگامی که قطرات باران از ابرها فرود می‌آیند، مقدار کمی انرژی تولید می‌کنند که می‌تواند جذب و به الکتریسیته تبدیل شود. این فرآیند را می‌توان به عنوان شکل کوچکی از انرژی آبی در نظر گرفت که از نیروی جنبشی حرکت آب برای تولید برق استفاده می‌کند.

چندین محقق پیشنهاد کرده‌اند که انرژی جمع‌آوری‌شده از باران می‌تواند به عنوان یک منبع پایدار انرژی پاک و پایدار باشد. با این حال، گسترش این فناوری در مقیاس وسیع‌تر چالش برانگیز است و در نتیجه استفاده از آن را محدود می‌کند.

برای جمع‌آوری انرژی قطرات باران، دستگاهی به نام نانو ژنراتور تریبوالکتریک (TENG) ساخته شده است که از رسانایی تماس مایع-جامد استفاده می‌کند تا برق را از قطرات باران برداشت کند. همچنین این فناوری انرژی را از امواج و دیگر اشکال تولید انرژی تریبوالکتریک مایع-جامد نیز جمع آوری می‌کند.

با این حال، TENG مبتنی بر قطره (D-TENG) دارای محدودیت فنی برای اتصال بیش از یکی از این پانل‌ها به یکدیگر است و این مورد باعث کاهش توان خروجی کلی می‌شود. مقاله‌ای که اخیراً منتشر شده چگونگی مدل‌سازی پانل‌های D-TENG، برداشت انرژی قطرات باران را نشان می‌دهد و مدل سازی جدید، این فرایند را کارآمدتر می‌کند و کاربرد آن را گسترش می‌دهد.

زونگ لی، استاد دانشکده تحصیلات تکمیلی بین المللی Tsinghua Shenzhen در دانشگاه Tsinghua در شنژن، چین گفت: « اگرچه D-TENG قدرت خروجی لحظه‌ای فوق العاده بالایی دارد، اما هنوز هم برای یک D-TENG منفرد، تامین برق برای تجهیزات الکتریکی در سطح مگاوات دشوار است. بنابراین، درک استفاده همزمان از چند D-TENG بسیار مهم است. با اشاره به طراحی پنل‌های خورشیدی که در آن چندین واحد تولید برق خورشیدی به صورت موازی برای تامین بار به هم متصل می‌شوند، روشی ساده و موثرتری برای برداشت انرژی از قطرات باران پیشنهاد می‌کنیم.

هنگامی که چندین D-TENG متصل می‌شوند، ظرفیت کوپلینگ ناخواسته بین الکترود بالایی و الکترود پایینی پنل‌ها بوجود می‌آید. این ظرفیت کوپلینگ ناخواسته توان خروجی array های D-TENG را کاهش می‌دهد. برای کاهش تأثیر این مشکل، محققان ژنراتورهای ساختار پل ( bridge structure) را پیشنهاد کردند که از الکترودهای پایین‌تر برای کاهش تأثیر خازن استفاده می‌کنند.

هنگامی که قطرات باران روی سطح پنل می‌ریزد، فرآیندی به نام تریبوالکتریفیکاسیون انرژی حاصل از باران را تولید و ذخیره می‌کند. وقتی قطره روی سطح پنل که سطح FEP نامیده می‌شود می‌افتد، قطره بار مثبت و سطح FEP دارای بار منفی می‌شود. مقدار بار تولید شده توسط هر قطره کم است و بار سطحی FEP به تدریج از بین می‌رود. پس از مدت طولانی روی سطح، بارهای روی سطح FEP به تدریج تا حد اشباع انباشته می شوند. در این مرحله، نرخ اتلاف بار سطحی FEP با مقدار بار تولید شده توسط هر برخورد قطره متعادل می‌شود. »

به منظور نشان دادن موفقیت ژنراتورهای ساختار پل با الکترودهای پایین ساختار، D-TENG معمولی با ژنراتورهای ساختار پل مقایسه شد. محققان همچنین عملکرد ژنراتورهای ساختار پل را با اندازه‌های مختلف الکترودهای فرعی مقایسه کردند. ضخامت پنل‌ها نیز مورد مطالعه قرار گرفت تا مشخص شود که آیا این متغیر، تأثیری بر افت توان دارد یا خیر. افزایش ضخامت سطح FEP منجر به کاهش ظرفیت کوپلینگ و در عین حال حفظ چگالی بار سطحی می‌شود که هر دو می‌توانند عملکرد ژنراتور ساختار پل را بهبود بخشند.

هنگامی که ژنراتورهای ساختار پل برای جمع‌آوری انرژی قطرات باران توسعه یافتند و محققان از الکترودهای پایین آرایه و ساختارهای رفلاکس پل استفاده کردند، پنل‌های جمع‌آوری قطرات باران می‌توانستند مستقل از یکدیگر باشند. این بدان معناست که هدر رفت ناخواسته برق را می‌توان کاهش داد. اوج توان خروجی ژنراتورهای ساختار پل تقریباً 5 برابر بیشتر از انرژی معمولی قطرات باران با همان اندازه است که به 200 وات بر متر مربع می‌رسد و مزایای آن را به طور کامل در برداشت انرژی قطرات باران در منطقه گسترده نشان می‌دهد. نتایج این مطالعه یک طرح عملی برای برداشت انرژی قطره‌ای باران در سطح وسیع ارائه می‌کند.

همچنین بخوانید:

منبع

مترجم: حنانه بریمانی

از این مطلب چقدر راضی بودید؟

روی ستاره کلیک کنید تا نظرتون ثبت بشه