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Plastikgras könnte helfen, Windkraft zu erzeugen, sagt das chinesische Forschungsteam

Plastikgras könnte helfen, Windkraft zu erzeugen, sagt das chinesische Forschungsteam


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Das neue windgenerierende Plastikgras könnte ungefähr so ​​aussehen, wenn es vollständig entwickelt ist [Bildquelle: Desalvea, Flickr]

China wird regelmäßig wegen seiner Umweltbilanz geklopft. Falsch, wie es passiert. Tatsächlich ist das Land den USA in Bezug auf die Entwicklung und den Einsatz erneuerbarer Energien jetzt voraus, und chinesische Innovationen im Bereich saubere Energie sind eine regelmäßige Quelle für erstaunliche Technologien.

Eine solche Entwicklung ist eine Form von „Plastikgras“, die gerade von Wissenschaftlern der Southwest Jiatong University in Chengdu entwickelt wurde. Das Forschungsteam der Universität unter der Leitung von Zhong Lin Wang hat eine neue Form des triboelektrischen Nanogenerators (TENG) entwickelt, eine Technologie, die mechanische und / oder thermische Energie in Elektrizität umwandelt. Nanogeneratoren arbeiten nach drei typischen Ansätzen - piezoelektrisch, triboelektrisch und pyroelektrisch, wobei sich letzterer mit der Gewinnung von Wärmeenergie befasst und die beiden ersteren Ansätze mit der Gewinnung mechanischer Energie. TENGs bestehen aus vertikal freistehenden Streifen aus einem Dünnfilm aus Polyethylenterephthalat (PET), der auf der einen Seite mit Indiumzinnoxid (ITO) und auf der anderen Seite mit Nanodrähten beschichtet ist, wodurch die Elektronen zwischen den beiden Materialien springen können der triboelektrische Effekt.

Laut der in der Zeitschrift Advanced Materials veröffentlichten Forschungsstudie des Teams wurden TENG-basierte Windenergieanlagen an anderer Stelle entwickelt. Obwohl diese in ähnlicher Weise windinduzierte Membranvibrationen zur Stromerzeugung verwendet haben, können sie bisher nur verwendet werden, wenn der Wind in eine bestimmte Richtung wehte. Das Problem dabei ist, dass die meisten Windströmungen keine konstante Richtung haben und sich die Windrichtung sogar im Laufe der Zeit ändern kann, wodurch diese Erntemaschinen weitgehend unbrauchbar werden. Ziel des Projekts war es daher, die Energie aus unregelmäßigen Windböen, die üblicherweise in städtischen Gebieten zu finden sind, sowie aus stetigen Winden zu gewinnen.

Stattdessen hat die Forschung der Southwest Jiatong University ein flexibleres TENG entwickelt, das Energie aus natürlichem Wind in beliebigen Windrichtungen gewinnt.

„Im Vergleich zu einer Windkraftanlage kann unser triboelektrischer Nanogenerator (TENG) die Energie des natürlichen Windes in jede Richtung effektiv nutzen“, sagte Teammitglied Weiqing Yang im Gespräch mit The New Scientist und fügte hinzu, dass die im Gerät verwendeten Polymer-Dünnschichtmaterialien verwendet werden Ermöglichen Sie die kostengünstige Verfügbarkeit und die einfache Herstellung und Skalierung.

Das flache Array jedes TENG hat eine ähnliche Struktur (Morphologie) wie ein Seetangwald - Unterwassergebiete, in denen Seetang-Seetang in „Wäldern“ mit hoher Dichte gedeiht, die seit langem als eines der dynamischsten Ökosysteme auf dem Planeten anerkannt sind. Innerhalb dieser Morphologie können die einzelnen Streifen möglicherweise unabhängig voneinander schwanken, wodurch ein Kontakttrennungsprozess als Reaktion auf vorbeiziehende Windströme erzeugt wird.

Das chinesische Team verwendete eine Hochgeschwindigkeitskamera, um die Arbeitszustände und Interaktionen zwischen zwei benachbarten TENGs zu erfassen. Die vertikal freistehenden Polymerstreifen erzeugten als Reaktion auf Windströme eine Schwingungsfrequenz von 154 Hz, wodurch ein ausreichender Grad an Kontakttrennung für eine hohe elektrische Leistung sichergestellt wurde. Unter Verwendung eines 10 x 2 cm großen Streifens, der einer Luftströmungsgeschwindigkeit von 27 ms ausgesetzt ist-1Das Team stellte fest, dass zwei benachbarte Streifen, die eine Dachfläche von 2 x 0,7 cm abdecken, eine Leerlaufspannung, einen Kurzschlussstrom und eine Leistungsdichte von bis zu 98 V, 16,3 µA und 2,76 Wm liefern können-2, genug, um eine Werbetafel anzuzünden.

Das Team setzte eine Reihe von TENGs auf einem Dach ein, das aus 60 Streifen bestand, um mehr Energie aus dem Wind zu gewinnen. Dies ergab eine Leistungsdichte von bis zu 2,37 Wm-2Dies entspricht genug Strom, um gleichzeitig 60 in Reihe geschaltete LED-Lampen zu beleuchten. Laut Teammitglied könnte ein durchschnittliches Haus mit einer Dachfläche von etwa 300 Quadratmetern und zehnschichtigen TENGs mit Rasenstruktur eine erwartete elektrische Energie von 7,11 KW liefern, was einer Leistungsdichte von 23,7 Wm entspricht-2.

Die Studie demonstrierte die Fähigkeit von TENGs, als wesentliche Stromquellen für die Heimelektronik zu fungieren, was eine neuartige Form von Windstrom darstellt und einen wichtigen Schritt in Richtung autarker Elektrotechnik im Haushalt darstellt. Bisher wurde das Gerät nur im Labor getestet, arbeitet jedoch mit einer Mindestwindgeschwindigkeit von 21 km / h, während die nützlichste Windgeschwindigkeit für die Stromerzeugung bei fast 100 km / h liegt (Sturmstärke 10).

Ein anderer Forscher, Fernando Galembeck, der an der Universität von Campinas in São Paulo, Brasilien, an der Energiegewinnung arbeitet, erklärte The New Scientist, dass ein solcher Wind weder realistisch verfügbar noch wünschenswert sei. Darüber hinaus ist es noch ein langer Weg, bis diese Gerätetypen auf den Dächern der Menschen erscheinen. Galembeck betont auch, dass aus den gleichen Gründen, die für andere Formen von Windkraft benötigt werden, weiterhin Energiespeicher erforderlich sein werden. Das chinesische Team erforscht Speicherlösungen und plant auch die Integration des TENG in Solarmodule, um seine Leistung zu steigern. Galembeck kritisiert jedoch auch Indiumzinnoxid aufgrund seiner schlechten mechanischen Eigenschaften, Kosten und Toxizität Weitere Forschung muss andere Materialien erforschen.


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