В современном мире исключительно широкое распространение получили альтернативные источники энергии, такие как солнечные панели, ветряные генераторы и приливные станции. Тем не менее, существуют и другие, более необычные способы активной генерации электричества. Например, группа ученых из известного всем Массачусетского университета (Амхерст) провели ряд экспериментов, которые уверенно доказывают возможность получения электроэнергии из влажного воздуха практически из любого материала. Как отмечает Джун Яо, доцент кафедры электротехники, воздух содержит огромное количество электричества, и облака являются ярким примером этого. Каждая капля воды в облаке несет электрический заряд, а при определенных условиях это приводит к образованию молнии. Хотя мы пока не умеем собирать эту энергию, ученые работают над созданием искусственных “облаков”, которые будут непрерывно генерировать электричество.
В лабораторных условиях инженеры смогли получить напряжение 0,5 В с плотностью тока около 17 мкА на пористой пленке толщиной 7 мкм площадью в 1 см2. Это, конечно, не много, но если пленки уложить друг на друга, то такая батарея вполне справится с питанием умных часов, браслетов для фитнеса и даже мобильных телефонов. В последнее, правда, верится с трудом, но кто знает.
Китайский трибогенератор
Китайские инженеры сделали ветряной трибогенератор, адаптированный для низких скоростей ветра. В его основе лежит эффект Бернулли, который позволил стабилизировать колебания двух гибких полосок на ветру. В результате требуемая для эффективной работы скорость ветра упала почти в два раза по сравнению с другими конструкциями. Статья опубликована в журнале Physical Science. Трибоэлектрогенераторы (или трибогенераторы) — это устройства, которые производят ток из трения по схожему принципу с тем, как электризуется шерсть. Источник движения для трибоэлектрического эффекта не важен, зачастую для подзарядки носимой электроники используют движение человеческого тела, а корейские ученые запитали игрушки от прикосновений детей. Если говорить об использовании энергии ветра, то на данный момент у турбин нет конкурентов с точки зрения мощности, но их нецелесообразно строить для питания небольших автономных устройств. В то же время, ветряной трибогенератор размером меньше ладони способен питать погодный датчик или иные подобные приборы.
Chen et al. / Physical Science
Производительность ветряных трибогенераторов можно увеличить при помощи флаттера. Обычно так называют гибельный для самолетов эффект, который разрушает крылья, но проявляется он гораздо шире. Гибкие тела, как флаги, листья, колеблются на ветру. При определенных соотношениях размера полотнища и скорости ветра флаг и воздух войдут в резонанс, и интенсивность колебаний начнет резко возрастать, что удобно для генерации энергии.
Два десятилетия назад ученые экспериментально выяснили, что эффект Бернулли может дополнительно увеличить амплитуду колебаний. Согласно закону Бернулли, при увеличении скорости потока жидкости или газа падает статическое давление. В этом легко убедиться без специальной аппаратуры: если взять две полоски бумаги, поднести параллельно друг другу на расстояние пары сантиметров и подуть между ними, то они слипнутся между собой. В случае когда два гибких тела расположены на близком расстоянии, эффект Бернулли усилит их флаттер и синхронизирует фазы колебаний.
Группа ученых из Чунцинского университета и Пекинского института наноэнергетики и наносистем под руководством Синь Чэня (Xin Chen) разработала ветряной трибогенератор, использующий эффект Бернулли. Его ключевая деталь — две полоски длиной восемь сантиметров, состоящие из слоев поливинилиденфторида и фторэтиленпропилена, разделенных слоем серебра. Их расположили на небольшом расстоянии параллельно друг другу и подвели провода. В таком виде прибор уже может генерировать электричество от дуновения ветра, но для извлечения максимальной мощности было важно правильно подобрать дистанцию между полосками. Дело в том, что при минимальном расстоянии они склонны колебаться синхронно, с нулевым сдвигом фаз. В данной конструкции это невыгодно: генератор спроектирован в расчете на периодическое соприкосновение двух элементов. Если расстояние будет слишком большим, то синхронизация пропадет вовсе, и колебания станут хаотичными. Поэтому опытным путем инженеры выяснили, что лучше всего будет установить полоски на расстоянии четверти их длины. В этом случае они колеблются в противофазе и стабильно соприкасаются.
Chen et al. / Physical Science
Поскольку электронные устройства в современном мире встречаются на каждом шагу, а будет их еще больше, инженеры придумывают все новые нестандартные способы генерации тока. Например, Boeing запатентовала электрогенератор на шуме самолетов, а портативная гидротурбина поможет зарядить телефон в походе.
Трибогенератор из США
Как работает прототип трибогенератора
Прототип трибогенератора – это тонкая шайба, у которой диаметр 10 см. Внутри нее находятся две круглые пластины. Одна из них отдает электроны. Другая же их принимает. Пластины разделены между собой. Для этого предусмотрена диэлектрическая воздушная прослойка.
