Triboelektrický nanogenerátor slibuje napájení senzorů a chytrých textilií bez baterií, přičemž využívá pouze pohyb a dva hojně dostupné materiály: vodu a křemík.
Průmysl nositelné elektroniky je už léta posedlý snahou o prodloužení výdrže baterií, ale řešení možná nikdy nespočívalo ve zvětšování baterií, ale v tom, že baterie vůbec nebudou potřeba. To je alespoň myšlenka, kterou právě předložil na stůl evropský tým výzkumníků s vědci z DESY a Technické univerzity v Hamburku. Jejich návrhem je nanogenerátor schopný vyrábět elektřinu pouze pomocí vody a speciálně navrženého kousku křemíku.
Čip, který při každém pohybu vyrábí elektřinu
Žádné vzácné sloučeniny, obtížně recyklovatelné kovy nebo baterie, které se rozkládají: jen dvě zcela běžné ingredience a zcela převratný přístup. Toto malé zařízení funguje díky triboelektrifikaci, jevu, který způsobuje malé výboje, když se otíráme o určité povrchy, a který je zodpovědný například za to, že se vám ježí vlasy nebo jiskří, když se něčeho dotknete.
Rozdíl je v tom, že zde nedochází ke tření mezi dvěma pevnými tělesy, ale k pohybu vody dovnitř a ven z mikroskopických pórů vyřezaných do křemíku. Kdykoli kapalina pod tlakem vstupuje do těchto pórů nebo z nich vystupuje, dochází k přenosu náboje. Vnitřní struktura čipu pak tuto energii zachytí a přemění ji na stabilní elektrický výstup.
Nejpřekvapivější není samotný koncept, ale to, že se podařilo dosáhnout křemíkové struktury, která je zároveň vodivá, hydrofobní a nanoporézní. Tato kombinace umožňuje přesně řídit proudění vody, stabilizovat generování náboje a především proměnit laboratorní nápad v něco škálovatelného. Výsledkem je, že čip dosahuje účinnosti téměř 9 %, což je na triboelektrický generátor velmi vysoká hodnota, a poprvé se začíná vejít do energetických rozpočtů potřebných pro skutečná nositelná zařízení.
K čemu by něco takového mohlo být dobré
Pro nejrůznější autonomní senzory, které jsou dnes závislé na malých bateriích: od systémů detekce vody po chytré textilie pro sport nebo zdraví, od lékařských náplastí po haptickou robotiku. Místo nabíjení zařízení by to byl váš vlastní pohyb – dotyk, vibrace, pohyb – který by generoval elektřinu potřebnou k jeho fungování. Předpokládají dokonce i průmyslovější využití, například integraci do zavěšení vozidla: vibrace samotného vozu by protlačily vodu skrz čip a napájely by místní senzory bez nutnosti údržby.
Další zajímavostí je, že tato technologie se opírá o levné, hojné a známé materiály, což otevírá cestu k masové výrobě bez problémů s náklady nebo udržitelností, s nimiž se potýkají jiná řešení. A zapadá do širšího trendu: přestat vnímat každodenní mechanický pohyb jako mechanický hluk a začít jej považovat za opomíjený zdroj energie.
Budoucnost energie v nositelné elektronice
Vývoj tohoto triboelektrického nanogenerátoru je pouhým začátkem revoluce v oblasti nositelné energie. Schopnost vyrábět elektřinu z každodenních pohybů by mohla změnit nejen nositelná zařízení, ale i další elektronická zařízení. Představte si budoucnost, kdy se naše telefony, chytré hodinky a další zařízení budou nabíjet při chůzi nebo prostém pohybu.
Tato technologie by navíc mohla mít významný dopad v odlehlých oblastech nebo v nouzových situacích, kde je přístup k běžným zdrojům energie omezený. Zařízení vybavená těmito generátory by mohla poskytovat nepřetržité napájení, což by v těchto podmínkách zlepšilo kvalitu života a bezpečnost.
Výzkum v této oblasti stále pokračuje a v příštích letech se pravděpodobně dočkáme zlepšení účinnosti a výrobní kapacity těchto zařízení. Časem bychom se mohli dostat do bodu, kdy závislost na bateriích bude minulostí, což otevře nové možnosti pro konstrukci a funkčnost elektronických zařízení.
Závěrečné úvahy
Inovace tohoto triboelektrického nanogenerátoru je nejen technologickým průlomem, ale také krokem k udržitelnější budoucnosti. Díky použití běžných materiálů a vyloučení baterií minimalizuje dopad na životní prostředí a podporuje efektivnější využívání zdrojů. S rozvojem a zaváděním této technologie bychom se mohli dočkat nové éry udržitelnějších a autonomnějších elektronických zařízení.
Triboelektrický nanogenerátor je slibné řešení, které by mohlo změnit způsob, jakým napájíme naše přenosná zařízení. Časem bychom se mohli dočkat integrace této technologie do široké škály aplikací, od spotřební elektroniky až po automobilový průmysl, a nabídnout tak čistý a účinný zdroj energie.