На что способно трибоэлектричество?

Лёгкая морская зыбь обеспечивает энергией тысячи домов, танцоры вырабатывают электричество для всего ночного клуба, вдали от благ цивилизации туристы силой ног на ходу подзаряжают свои смартфоны и планшеты. Чистый и надёжный, свободный от геополитических рисков источник энергии уже сегодня находится в пределах досягаемости благодаря использованию трибоэлектрического эффекта.

Исследователи из Технологического института Джорджии заявили, что они построили прототип простого устройства, преобразующего старт-стопное движение в энергию. По их словам, волны, ходьба и танцы, даже ливень или клавиши компьютера, в один прекрасный день могут быть использованы для управления датчиками, мобильными гаджетами и даже генераторами энергии.

Чжун Линь Ван (Zhong Lin Wang), профессор материаловедения и инженерии, называет изобретение не иначе как прорывом. «Наша технология может быть использована для масштабного сбора энергии. Теперь энергия, которую мы теряли на протяжении веков, станет полезной», — полагает профессор.

Трибоэлектричество известно всем из школьных опытов. Оно вырабатывается при трении двух предметов, вызывающем перемещение и концентрацию электронов. В быту трибоэффект проявляется в статических зарядах. Любой из нас может вспомнить, как его «ударила током» кошка или «стукнула» автомобильная дверца.

Трудно предугадать, когда и как проявит себя трибоэлектричество. Поэтому до сих пор с ним предпочитали не связываться, используя в качестве источника электроэнергии более предсказуемые индукционные генераторы, вращаемые силой пара, воды или ветра.

В новом исследовании, опубликованном в журнале Nature Communications, группа Вана показала, что учёным удалось преодолеть принципиальные препятствия для преобразования генерируемых случайно электрических зарядов в ток.

Прототип трибогенератора, назначение которого в демонстрации потенциальных возможностей сбора энергии, выглядит как диск диаметром около 10 сантиметров. Внутри находятся два вращающихся листа материала в форме круга, один — донор электронов, другой — их приёмник. При вращении между ними образуется электрический заряд, так как листы изолированы друг от друга. Третий диск с электродами расположен между двумя первыми. Он «снимает» заряд и обеспечивает небольшой электрический ток через полезную нагрузку.

Мощность демонстрационного устройства невелика. При максимальной скорости вращения 3000 оборотов в минуту её значение составляет 1,5 Вт. Энергоэффективность прототипа достигает 24%, что сравнимо с показателями магнитно-индукционных турбин и в три раза выше эффективности пьезокристаллов, ранее считавшихся лучшими сборщиками механической энергии.

Возникает естественный вопрос: кто же будет вращать диски, чтобы трибоэлектрический генератор начал вырабатывать энергию? По словам Вана, устройство может работать не только под напором ветра или воды из-под крана, но и от случайных прерывистых движений, обеспечивающих вращение, включая движения человека. «Пока есть механическое действие, есть энергия, которая может генерироваться», — утверждает профессор.