Νανο-γεννήτριες για φόρτιση φορητών συσκευών

Μια ομάδα μηχανικών από διάφορα πανεπιστήμια έχει αναπτύξει κάτι που στο μέλλον θα βοηθήσει στην επίλυση του προβλήματος της καθυστερημένης εκφόρτισης μπαταριών από φορητές ηλεκτρονικές συσκευές όπως κινητά τηλέφωνα, smartphones, tablet και άλλα. Τα gadgets μπορούν να φορτιστούν κυριολεκτικά εν κινήσει, εξαλείφοντας την ανάγκη σύνδεσης σε μια πρίζα χρησιμοποιώντας ένα ηλεκτρικό καλώδιο.

Οι νανογεννήτριες που είναι ενσωματωμένες απευθείας στην θήκη ή στην περίπτωση κινητής συσκευής θα συλλέγουν και μετατρέπουν την ενέργεια της δόνησης μιας επιφάνειας, όπως το κάθισμα του συνοδηγού, σε ηλεκτρικό ρεύμα και θα φορτίζουν την μπαταρία μιας κινητής συσκευής, όπως ενός smartphone.

Αναπληρωτής Καθηγητής Επιστήμης και Τεχνολογίας Υλικών στο Πανεπιστήμιο του Wisconsin στο Madison, ο Xudong Wang, πιστεύει ότι η ανάπτυξη αυτής της ιδέας θα οδηγήσει στη δημιουργία προσωπικών ηλεκτρονικών συστημάτων αυτοπροβολής.

Ο Xudong Wang, μαζί με τον μαθητή του Yanchao Mao και συν-συγγραφείς από το Πανεπιστήμιο Sun Yat-sen της Κίνας, και το Πανεπιστήμιο της Μινεσότα στο Duluth των Η.Π.Α. περιγράφουν την εφεύρεσή τους - μεσοπορώδης πιεζοηλεκτρικό νανογεννήτη, σε άρθρο για το περιοδικό Advanced Energy Materials στις 27 Ιανουαρίου 2014.

Ο νανογεννήτης βασικά χρησιμοποιεί ένα πιεζοηλεκτρικό πολυμερές υλικό που ονομάζεται PVDF (φθοριούχο πολυβινυλιδένιο). Τα πιεζοηλεκτρικά υλικά είναι εγγενώς ικανά να παράγουν ηλεκτρισμό με μηχανική δύναμη. Επίσης, παραμορφώνονται μηχανικά υπό την επίδραση ενός ηλεκτρικού πεδίου.

Αντί για τη συνήθη παραμόρφωση ή τη δράση ενός ηλεκτρικού πεδίου, οι ερευνητές συμπεριέλαβαν νανοσωματίδια οξειδίου του ψευδαργύρου στην λεπτή μεμβράνη PVDF, η οποία τώρα θα επιτρέψει την απόκτηση πιεζοηλεκτρικό αποτέλεσμα ακόμη και με ελαφρές δονήσεις, για να συσσωρευτεί στη συνέχεια ηλεκτρική ενέργεια.

Ακολούθως, τα νανοσωματίδια χαράχτηκαν από το φιλμ, με αποτέλεσμα τους διασυνδεδεμένους πόρους - «μεσοπόρους» - ένα σφουγγαρόμορφο υλικό. Ήταν ένα τέτοιο σπογγώδες υλικό που ήταν το κλειδί στη μετατροπή της δόνησης ενέργειας. Ο Xudong Wang λέει ότι το μαλακότερο υλικό, τόσο πιο ευαίσθητο είναι στις μικρές δονήσεις.

Ο ίδιος ο νανογεννήτης περιλαμβάνει λεπτές πλάκες από ηλεκτρόδια και στις δύο πλευρές μεσοπορώδους πολυμερούς μεμβράνης που μπορεί να συνδεθεί με οποιοδήποτε είδος επιφάνειας, είτε είναι ομαλό ανθρώπινο δέρμα είτε κάποια άλλη ανώμαλη επιφάνεια.

Αν μιλάμε για smartphones, η μάζα της συσκευής θα βοηθήσει στην ενίσχυση της παραγόμενης ηλεκτρικής ενέργειας, λόγω της αύξησης της προκατάληψης. Για παράδειγμα, ένα άτομο περπατά ή τρέχει απλά και χάρη σε αυτό, το smartphone χρεώνεται αποτελεσματικά.

Στο μέλλον, οι νανο-γεννήτριες μπορεί να αποτελέσουν αναπόσπαστο μέρος πολλών ηλεκτρονικών συσκευών, για παράδειγμα, σαν οπίσθιος πίνακας ή περίπτωση συσκευής, για να την τροφοδοτήσουν άμεσα με ενέργεια που λαμβάνεται από περιβαλλοντικές δονήσεις.

Η ομάδα πιστεύει ότι η απλότητα κατασκευής θα επιτρέψει την κλιμάκωση αυτών των μονάδων νανογεννήτριας σε μεγάλα μεγέθη. Και η δυνατότητα προσαρμογής των μηχανικών ιδιοτήτων των ταινιών και του σχεδιασμού τους θα καταστήσει δυνατή την υλοποίηση δομών τόσο για την τροφοδοσία των τηλεφώνων όσο και για την αυτόνομη τροφοδοσία των συστημάτων αισθητήρων.