Мятая золотая фольга помогла создать мощный трибоэлектрический генератор
Исследователи разработали относительно мощный трибоэлектрический генератор на основе двух золотых пленок — гладкой и мятой. В результате они получили генератор с площадью 1,5 квадратных сантиметра, способный питать от растяжения и других движений 48 светодиодов, сообщается в работе, опубликованной в журнале Nano Energy.
Все больше людей носят с собой множество повседневных устройств, которые нужно регулярно заряжать, например, смартфон и умные часы. Поскольку часто заряжать гаджеты неудобно, инженеры разрабатывают устройства, почти постоянно вырабатывающие энергию. К примеру, для этого предлагают растягиваемые солнечные панели, которые можно будет встраивать в «умную одежду», а также трибоэлектрические генераторы. Они преобразуют механическую энергию трения в электрический ток за счет трибоэлектрического эффекта. Несмотря на то, что такие разработки создаются многие годы, пока их мощности недостаточно для питания повседневной электроники, к тому же многие трибогенераторы сложны и дороги в производстве.
Исследователи под руководством Юнь Сюй (Yun Xu) из Института полупроводников Китайской академии наук разработали относительно простой и мощный трибоэлектрический генератор. Для начала берется тонкая золотая пленка, на которую наносится слой полидиметилсилоксана (ПДМС). Затем эта двухслойная пленка наносится на предварительно растянутый в разные стороны акриловый полимер. После этого слой ПДМС удаляется, а растянутый полимер с золотым слоем расслабляется. Из-за этого золото становится скомканным и получается большая площадь поверхности.
Для того, чтобы создать полноценный генератор, к этому слою скомканного золота добавляется еще одна золотая пленка с ПДМС-покрытием, которая служит разделителем двух металлических фольг и накопителем заряда.
Исследователи протестировали характеристики генератора и выяснили, что он имеет плотность мощности 0,22 милливатта на квадратный сантиметр, максимальный ток 10 микроампер и максимальное напряжение 124,6 вольт. Для тестирования они создали генератор размером один на полтора сантиметра. Разработчики показали, что такого генератора достаточно для кратковременного питания 48 светодиодов во время сгибаний генератора. Стоит отметить, что помимо мощности генератор получился относительно недорогим. Несмотря на то, что в нем используется золото, толщина золотой фольги составляет всего 30 нанометров.
Другая группа китайских ученых также работает над созданием трибоэлектрических генераторов. В 2016 году они разработали генератор на основе проводящей жидкости, правда, он имел на порядок меньшую плотность мощности. А в 2017 году они показали еще менее мощный генератор, но он имел необычную особенность — генератор получился полностью прозрачным.
Григорий Копиев
В прошедшем году 38 процентов электроэнергии в Евросоюзе было получено из возобновляемых источников, сообщается в совместном докладе центров по изучению энергетики и климата Ember (Великобритания) и Agora Energiewende (Германия). Это больше, чем доля электроэнергии, полученной сжиганием газа и угля (37 процентов) и с помощью атомных электростанций (25 процентов). Таким образом, возобновляемая энергетика впервые в истории стала главным источником электричества в Евросоюзе. В конце 2020 года на заседании Европейской Комиссии было принято новое соглашение — к 2030 году уменьшить выбросы углекислого газа на 55 процентов по сравнению с уровнем 1990 года. Эти обязательства жестче, чем предыдущие, принятые в 2014 году — тогда планировалось уменьшить выбросы всего на 40 процентов к тому же сроку. Чтобы выполнить обязательства, страны Евросоюза постепенно отказываются от газовых и угольных электростанций и активно развивают возобновляемую энергетику. Минувший год был для европейской энергетики необычным из-за пандемии ковида, однако ее влияние в итоге оказалось слабее, чем можно было ожидать. Общее потребления электричества в Европе упало всего на 4 процента — на пике карантина в апреле и мае наблюдалось падение на 13 процентов, но уже к началу зимы потребление вернулось к уровню 2019 года. Развитие возобновляемой энергетики в Европе тоже продолжилось, несмотря на пандемию: в 2020 году были введены в эксплуатацию новые солнечные и ветряные электростанции, и выработка электричества суммарно увеличилась на 51 тераватт-час. В результате ветроэнергетика сейчас обеспечивает 14 процентов производства электричества в Европе, а солнечная энергетика — 5 процентов. Еще 6 процентов европейцы получают сжиганием биотоплива, и 13 процентов от гидроэлектростанций. Суммарный вклад всех четырех направлений возобновляемой энергетики в 2020 году увеличился с 34 до 38 процентов. Самыми экологичными оказались австрийцы: они обеспечивают 79 процентов своего потребления электричества с помощью возобновляемых источников. На втором месте Дания (78 процентов), на третьем — Швеция (68 процентов). Среди «отстающих» — Болгария (19 процентов), Польша (17 процентов) и Чехия (12 процентов).