Учёные добились значительных успехов в преобразовании низкочастотной механической энергии океанских волн в электричество. Их подход направлен на создание автономных океанических энергосетей, распределённых морских систем «Интернета вещей» (ИВ) и даже на производство водорода из морской воды.
Для достижения этих целей исследователи из Китая разработали различные трибоэлектрические наногенераторы (ТЭНГ – устройства, генерирующие электричество за счёт контактной электризации и электростатической индукции при трении материалов) нового поколения.
Эти устройства представляют собой самодостаточное энергетическое решение для морских регионов. А разнообразие конструкций ТЭНГ способствует их коммерческому внедрению.
Читайте: Японии превращает солёную воду в электричество – Первая в Азии осмотическая электростанция
Повышение производительности трибоэлектрических наногенераторов
Команда из Пекинского института наноэнергетики и наносистем, и Университета Гуанси представила 6 инновационных конструктивных решений, направленных на повышение внутренней производительности ТЭНГ и их адаптацию к внешним условиям.
Исследование, опубликованное в журнале Nano-Micro Letters, обобщает основные тенденции в проектировании структур таких устройств, выявленные научным сообществом.
«Кроме того, мы проводим тщательное сравнение электрических характеристик этих устройств в лабораторных условиях с использованием моторизованных систем, в симулированных волновых условиях и в реальной морской среде. Одновременно оцениваем их долговечность с точки зрения прочности и механической устойчивости», — отмечают исследователи.
В обзоре детально рассматриваются конструкции ТЭНГ, предназначенные для сбора «голубой энергии» (термин обозначения возобновляемой энергии морских и океанских волн, приливов и течений), с учётом динамичных и суровых условий морской среды.
Работа охватывает достижения в архитектуре ТЭНГ, включая устройства с контактом «твёрдое тело — твёрдое тело», которым отдаётся предпочтение из-за их высокого коммерческого потенциала в морской энергетике.
Обзор также сфокусирован на структурной оптимизации и гибридных системах. Под структурной оптимизацией понимаются способы максимизации эффективности преобразования энергии за счёт целенаправленно спроектированных конструкций, как сферические, бионические и гибридные конфигурации.
Гибридные системы, в свою очередь, подразумевают интеграцию ТЭНГ с другими технологиями сбора энергии (например, с электромагнитными генераторами) для повышения производительности и улавливания более широкого спектра энергии.
«В заключение в статье намечены будущие направления исследований и обсуждаются препятствия, с которыми сталкивается область ТЭНГ. Этот обзор призван предложить ценные идеи для текущих разработок и способствовать дальнейшему прогрессу и применению технологии ТЭНГ», — заключают авторы исследования.
Высокая эффективность и полноспектральный охват
Преобразуя хаотичное движение океана в направленный поток электронов, исследовательская группа под руководством профессора Ван Чжунлиня превращает каждую волну и порыв ветра в управляемую энергию, открывая направление, в котором само море становится безмолвной, самовозобновляемой электростанцией.
Исследователи показали, что продуманный функциональный дизайн ТЭНГ имеет решающее значение, поскольку он обеспечивает высокую эффективность использования пространства.
Они отметили, что многослойные структуры, конструкции в стиле оригами и рамы с магнитной левитацией позволяют достичь объёмной плотности мощности свыше 600 Вт/м3 — это на три порядка выше, чем у прототипов первого поколения.
Команда учёных также подчеркнула, что гибридные генераторные системы, которые часто объединяют ТЭНГ, электромагнитные (ЭМГ) и пьезоэлектрические (ПЭНГ) генераторы, а также солнечные элементы, стали эффективной стратегией для стабильного преобразования энергии водных волн.
Они также показали, что частотно-дополняющие связки ТЭНГ, ЭМГ и ПЭНГ создают полноспектральные сборщики энергии, которые в реальных условиях демонстрируют эффективность преобразования мощности в 117%.
Кроме того, китайская команда отметила, что сферические, додекаэдрические и тенсегрити-архитектуры (каркасные системы, основанные на взаимодействии элементов, работающих на растяжение и сжатие, что обеспечивает их прочность и гибкость) улавливают движение по 6-степеням свободы, устраняя «слепые зоны», связанные с ориентацией устройства.
Хочу первым узнавать о ТЕХНОЛОГИЯХ – ПОДПИСАТЬСЯ на Telegram
Читать свежие обзоры гаджетов на нашем сайте – TehnObzor.RU
