Потенциальный способ собрать "потерянную" энергию трения от автомобильных шин был предложен группой американских и китайских исследователей.

Трибоэлектрический эффект - это вариант контактной электризации, которая возникает в результате трения между двумя разнородными материалами. На основе пары тонких пленочных материалов с различными электронными сродствами можно сделать трибоэлектрические наногенераторы для множества утройств, от энергогенерирующей обуви до датчиков.

В данном исследовании учёные использовали простой трибоэлектрический наногенератор с одним электродом, чтобы извлечь энергию трения с поверхности моделируемой шины. Хотя работа всех систем на колесах опирается на трение, но при этом теряется много энергии (по данным американского министерства энергетики около 5-7% энергии в топливных автомобилях теряется из-за сопротивления качению между шинами и поверхностью дороги).

Для работы трибоэлектрического наногенератора одна поверхность должна отдавать электроны, а другая принимать их. Большинство материалов, используемых в дорожном строительстве, таких как кварц, цемент и асфальт, являются донорами электронов. Если обеспечить контакт с материалом − акцептором электронов, таким как полимер, как полидиметилсилоксан (PDMS), противоположные заряды могут индуцироваться на обеих поверхностях, а затем отведиться при помощи электродов. Шероховатая поверхность PDMS была использована для имитации дорожной шины − поверхности с высоким трением, а медная фольга была добавлена к плёнке в качестве одиночного электрода.

В ходе эксперимента шесть трибоэлектрических наногенераторов были прикреплены к резиновым колесам игрушечного автомобиля, который катался по поверхности дороги. Их максимальная выходная мощность оказалась 1,79 мВт, что соответствует КПД преобразования 10,4%. Все эти наногенераторы питали 6 промышленных зеленых светодиодов во время движения автомобиля по дороге. Прибавка дополнительного веса на игрушечный автомобиль также улучшила выходную мощность, поскольку при этом обеспечивался лучший контакт между дорогой и шероховатой поверхностью PDMS.

Эти результаты показывают возможность извлечения "потерянной" энергии трения от автомобильных шин. При реализации этой идеи можно увеличить экономию топлива. Следующим этапом работы станет исследование возможности хранения энергии и повышение коэффициента преобразования.

Источник: Mao, Y. et al, Nano Energy(2015) 15, 227–234 “Single-electrode triboelectric nanogenerators for scavenging friction energy from rolling tires.”

Энергетика и промышленность России - информационный портал           Научный журнал “Видеонаука          Наука и технологии России − STRF.ru

Другие партнёры сайта