Nanogenerators voor het opladen van draagbare apparaten

Een team van ingenieurs van verschillende universiteiten heeft iets ontwikkeld dat in de toekomst het probleem van late ontlading van batterijen van draagbare elektronische apparaten zoals mobiele telefoons, smartphones, tablets en anderen zal helpen oplossen. Gadgets kunnen onderweg letterlijk worden opgeladen, waardoor het niet nodig is om via een elektrische draad op een stopcontact aan te sluiten.

Nanogeneratoren die rechtstreeks in de behuizing of in het geval van een mobiel apparaat zijn ingebouwd, verzamelen en zetten de trillingsenergie van een oppervlak, zoals de passagiersstoel van een rijdende auto, om in elektriciteit en laden de batterij van een mobiel apparaat, zoals een smartphone, op.

Universitair hoofddocent materiaalkunde en techniek aan de Universiteit van Wisconsin in Madison, Xudong Wang, is van mening dat de ontwikkeling van dit idee zal leiden tot het creëren van zelfladende persoonlijke elektronica.

Xudong Wang, samen met zijn student Yanchao Mao en co-auteurs van Sun Yat-sen University in China, en de University of Minnesota in Duluth, VS, beschreven hun uitvinding, - mesoporeus piëzo-elektrische nanogenerator, in een artikel voor tijdschrift Advanced Energy Materials op 27 januari 2014.

De nanogenerator gebruikt in principe een piëzo-elektrisch polymeermateriaal genaamd PVDF (polyvinylideenfluoride). Piëzo-elektrische materialen zijn inherent in staat elektriciteit te genereren door mechanische kracht. Ze worden ook mechanisch vervormd onder invloed van een elektrisch veld.

In plaats van de gebruikelijke vervorming of de werking van een elektrisch veld, namen de onderzoekers zinkoxide-nanodeeltjes op in de dunne PVDF-film, waardoor nu het verkrijgen van piëzo-elektrisch effect zelfs met lichte trillingen om vervolgens elektrische energie te verzamelen.

Vervolgens werden de nanodeeltjes uit de film geëtst, wat resulteerde in onderling verbonden poriën - "mesoporiën" - een sponsachtig materiaal. Het was zo'n sponsachtig materiaal dat de sleutel was tot de conversie van vibratie-energie. Xudong Wang zegt dat hoe zachter het materiaal, hoe gevoeliger het is voor kleine trillingen.

De nanogenerator zelf omvat dunne elektrodenplaten aan beide zijden van een mesoporeuze polymeerfilm die op elk soort oppervlak kan worden bevestigd, of het nu een gladde menselijke huid is of een ander oneffen oppervlak.

Als we het over smartphones hebben, helpt de massa van het apparaat de gegenereerde elektrische energie te versterken, vanwege de toename van de bias. Een persoon loopt bijvoorbeeld gewoon of loopt, en dankzij dit wordt de smartphone effectief opgeladen.

In de toekomst kunnen nanogeneratoren een integraal onderdeel worden van veel elektronische apparaten, bijvoorbeeld als een achterpaneel of apparaatbehuizing, om het rechtstreeks te voorzien van energie die wordt ontvangen van trillingen uit de omgeving.

Het team is van mening dat de eenvoud van de productie het mogelijk zal maken om dergelijke nanogeneratorinstallaties naar grote afmetingen te schalen. En de mogelijkheid om de mechanische eigenschappen van de films en hun ontwerp aan te passen, maakt het mogelijk om structuren te implementeren voor zowel het voeden van de telefoons als voor het autonoom voeden van de sensorsystemen.