Da Jeep rullede langs, begyndte dens LED-lys at blinke og slukke. Men i stedet for at legetøjets batteri tænder lysene, som man kunne forvente, høstede en nanogenerator på jeepens dæk friktionsenergi for at brænde dem.
Denne nanogenerator blev udviklet af ingeniører ved University of Wisconsin ved Madison og Zhengzhou University i Kina til sidst med at gøre rigtige biler mere effektive. Ved at placere elektroder på dækkene har forskerne fundet ud af, hvordan man fanger energien fra det skiftende elektriske potentiale mellem dækkene og vejen. Denne type energi spildes normalt, men nanogeneratorer gør det muligt at høste den og omdirigere den mod bilens batteri, rapporterede de for nylig i tidsskriftet Nano Energy .
”Jeg er temmelig ophidset over dette, ” siger projektleder Xudong Wang, lektor i materialevidenskab og teknik ved universitetet.
Nanogeneratoren fungerer efter et princip kaldet den triboelektriske effekt, forklarer Wang. Den triboelektriske effekt er den ladning, der kommer fra at gnide sammen visse typer materialer. Det statiske stød, du får efter at have gnydt fødderne på tæppet, er et eksempel, og det er også den afgift, som gummibil dæk og asfaltveje genererer, når de kommer i kontakt.
Wangs team har eksperimenteret med nanogeneratorer - elektroder, der konverterer mekanisk energi til elektricitet - i flere år. Forskerne anbringer de tomme lange elektrode-patches på overfladen af bilens dæk for at udnytte energien og dirigere den tilbage mod bilens batteri. Wang vil i sidste ende gerne se, at teknologien forbedrer effektiviteten af elbiler.
”Vi kan sandsynligvis forbedre kilometertal med 10 procent, ” siger Wang. ”Jeg tror, at alle elbiler vil have dette.”
Projektet skal videreudvikles, før bilfirmaer kan købe ind. Bildæk skal omdesignes væsentligt for at inkorporere nanogeneratorerne. Med legetøjet Jeep blev elektrodepatcher blot placeret på dækoverfladen. Men i en rigtig bil ville denne placering betyde, at elektroderne ville blive slidt næsten øjeblikkeligt væk. Wang ser for sig et dækdesign, der integrerer elektroderne direkte i slidbanerne. Men dette er en større designoverhaling, der vil tage alvorlig tid og penge. Wang planlægger at arbejde sammen med ingeniører for at finde ud af det bedste dækdesign.
”Jeg vil konstruere konfigurationen og se, hvad der er den maksimale effektivitet, vi kan nå, ” siger Wang.
Legetøjet Jeep med nanogeneratorer på dets dæk (UW-Madison College of Engineering) Wang mener, at nanogeneratorerne vil være klar til brug i den virkelige verden engang i de næste ti år. Den nøjagtige timing vil afhænge af, hvor vanskeligt det er at konstruere forskellige dæk, og af hvilke slags køretøjsproducenter der er mest interesseret i at anvende teknologien.
Der er mange forskellige applikationer til triboelektriske nanogeneratorer [TENG'er], siger Wang. Den fleste nanogenerator-forskning udføres i Europa eller Asien, hvor forskere ser på TENG'er i forskellige medier. Et team fra Georgia Institute of Technology og to kinesiske universiteter har udviklet en rullbar, papirbaseret nanogenerator til at høste lydbølgenergi. Nanogeneratoren kunne placeres i en mobiltelefon for at høste energi fra menneskelige stemmer. Et andet team har udviklet en nanogenerator, der kan indsættes i en sko for at udnytte gående energi. Opfindelsen kunne potentielt drive lille elektronik, eller endda kunne endelig udgive sin kraft til gitteret. En nyligt opfundet gennemsigtig TENG fanger strømmen af det strømende vand. Det kan integreres i bil- eller hjemmevinduer for at gøre brug af regnkraft, den kinetiske energi fra faldende regn.
Så lovende som TENG'er er der relativt få amerikanske forskere, der i øjeblikket forfølger denne type forskning, siger Wang.
”Investorer og den føderale regering er nødt til at tænke mere på [TENG'er], ” siger Wang. "Der er mange forskellige måder at spare energi på."
