Меховые бочки превращают океанские волны в электричество

Крошечная бочка внутри бочки превращает океанские волны в электричество.

Любой, кто водил шариком по волосам, чтобы он прилипал к стене и плавал без помощи гелия, знает силу трибоэлектричества. Оно появляется всякий раз, когда две вещи создают трение друг о друга – будь то латекс на волосах, резиновые подошвы на ковре, край брюк на шлепанцах или любой другой материал на любом другом материале – а затем расходятся. Теперь, благодаря исследователям из Тихоокеанской Северо-Западной национальной лаборатории, этот эффект может дать больше, чем удары пальцами и трюки на вечеринках.

Они создали TENG, или трибоэлектрический наногенератор, который получает энергию от волн и вырабатывает достаточно электроэнергии для работы датчиков качества воды или спутниковой связи из середины океана. И у него есть потенциал для гораздо большей мощности.

Созданное устройство PNNL представляет собой цилиндр внутри цилиндра. Внешняя часть внутреннего цилиндра и внутренняя часть внешнего цилиндра покрыты диэлектрическим материалом (в основном, мехом), который создает заряд, когда цилиндры вращаются и материалы трутся друг о друга.

Бросьте такое устройство в море, и обнаруженные там волны будут подбрасывать его и заставлять вращаться цилиндры, медленно производя струйку электричества. Эта струйка была бы слишком мала для питания чего-либо действительно полезного. Но теперь Zhiqun (Daniel) Deng, лаборант в Управлении энергетической среды PNNL, где он является директором лаборатории биоакустики и потока, нашел способ получить больше от подъема и падения волн с помощью TENG.

Нововведение его команды состоит в том, чтобы добавить магниты, один на ротор (внутренний цилиндр) и один на статор (внешний цилиндр). С добавленной массой и магнетизмом магниты удерживают цилиндры от движения друг против друга. Они остаются запертыми на месте, пока не окажутся близко к гребню волны. Тогда угловой момент TENG достаточно силен, чтобы сломать магнитную силу, и цилиндр внезапно закрутится. «За весь цикл он не сильно вращается, – объяснил Deng. – Он вращается только на небольшую долю волны. Но поскольку он вращается очень быстро, то на самом деле вырабатывает электричество более эффективно».

Эта первая итерация системы концентрических цилиндров Deng производит что-то порядка милливатт. Этого достаточно, чтобы привести в действие некоторые датчики океана, которые могут быть разбросаны по морям, чтобы сообщать удаленно. Но у Deng большие мечты. «Конечной целью, конечно же, является производство электроэнергии в больших масштабах, – сказал он. – Но впереди еще долгий путь».

Во-первых, TENG Deng до сих пор делал свое дело только в волновом резервуаре в лаборатории. Маленькие цилиндры сантиметровой ширины не тестировались в большом, плохом, едком, реальном мире. Поскольку одним из основных преимуществ генератора волн является его дешевизна и простота развертывания, сделать его надежным и долговечным представляет собой серьезную проблему. «Эффективность и надежность – это следующая битва», – говорит Deng. Сейчас он и его команда работают над поиском лучших решений для подключения TENG и датчиков для подачи электроэнергии.

«Мы хотим убедиться, что они действительно могут работать в суровых условиях в течение разумного времени, когда мы переходим от идеальной среды к более реалистичной, – сказал Deng. – Но мы настроены оптимистично».

Статья Michael Abrams с сайта «The American Society of Mechanical Engineers», 11 апреля 2023 г.

Перевод подготовила Елена Михаленко

Печатная версия статьи из №3(19) газеты “Вестник промышленности”