Slimme manier om energie op te wekken met hele kleine bolletjes

Opname met elektronenmicroskoop van een TENG oppervlak met heel kleine balletjes © Ignaas Jimidar

Tribo-elektrische nanogeneratoren (TENG’s) wekken elektriciteit op door wrijving tussen verschillende materialen. Normaal gebeurt dat met twee verschillende materialen die langs elkaar bewegen. Het onderzoek toont nu aan dat wanneer een oppervlak bestaande uit dicht op elkaar gepakte kleine bolletjes in aanraking komt met een andere oppervlak met dezelfde bolletjes, sommige bolletjes een positieve lading krijgen, terwijl andere negatief geladen worden. Hoe efficiënter ​ de elektrische ladingen kunnen worden overgedragen, hoe meer elektriciteit vrijkomt.

Tests met verschillende soorten bolletjes laten zien dat grootte en materiaalsoort een grote rol spelen. Grotere bolletjes worden meestal negatief geladen, terwijl kleinere eerder een positieve lading krijgen. Het sterkste effect treedt op bij bolletjes die gemaakt zijn van melamine-formaldehyde (MF). Dat materiaal is weinig elastisch, wat betekent dat het minder buigzaam is en elektrische lading beter vasthoudt en doorgeeft. Het gebruik van bolletjes is bovendien een goedkopere manier om gestructureerde polymeer lagen te maken in plaats van dure technologie die normaal voor TENGs worden gebruikt om prestaties te verbeteren. De droge fabricatie van deeltjes maakt het proces ook nog eens duurzamer omdat het gebruik van solvents niet nodig is.

Ontwikkelingen in tribo-elektrificatie kunnen nieuwe toepassingen mogelijk maken voor energieopwekking zonder batterijen of stopcontacten. Slimme kleding die energie opwekt tijdens beweging of kleine apparaten die zichzelf van stroom voorzien zonder opladen, worden hiermee een realistisch toekomstbeeld. Draagbare technologie en duurzame energieoplossingen kunnen hun voordeel doen met het principe.

“Ons onderzoek toont aan dat kleine aanpassingen in materiaalgebruik grote verbeteringen kunnen opleveren in de efficiëntie van energieopwekking.” zegt Dr. Ignaas Jimidar van de VUB en hoofdauteur van de studie. “Onze bevindingen openen nieuwe mogelijkheden voor tribo-elektrische nanogeneratoren in het dagelijks leven, zonder afhankelijkheid van traditionele energiebronnen.”

Ondanks veelbelovende resultaten zijn verdere stappen nodig om de technologie in producten te verwerken. Verbeteringen in efficiëntie en betrouwbaarheid zorgen ervoor dat toepassingen op grotere schaal mogelijk worden. Onderzoek naar materialen en structuren blijft nieuwe kansen onthullen voor energieopwekking en -gebruik.

De onderzoekers: het departement voor Chemical Engineering van de Vrije Universiteit Brussel, de Technische Universiteit Riga, het Royal Melbourne Institute of Technology, en het MESA+ instituut van de Universiteit Twente.