Никола Тесла — ученый, безусловно опередивший свое время. Среди его изобретений, реализация которых стала возможной только сейчас — турбина для выработки энергии из сжатого воздуха.
В последние десятилетия электростатический потенциал частиц в воздухе рассматривается как одно из перспективных направлений для получения энергии. Однако эта технология сопряжена с риском возгорания из-за неконтролируемого электрического разряда. Дополнительные примеси в воздухе улучшают безопасность, но ограничивают область применения.
В своих предыдущих работах южнокорейские инженеры изучили несколько наногенераторов, способных эффективно собирать энергию слабого ветра.
«Нам стало интересно, что произойдет, если на трибоэлектрический наногенератор подует сильный ветер или будет подана струя воздуха под высоким давлением. Поэтому мы создали конструкцию трибоэлектрического наногенератора, вдохновленную турбиной Теслы, которая может работать под высоким давлением, и проанализировали данные. В результате обнаружен эффект статического заряда частиц: взвешенные частицы в воздухе также способны генерировать поверхностный заряд на трибоэлектрическом слое», — рассказал профессор Ли Санмин из Университета Чунан, руководивший экспериментами.
Новый трибогенератор, по сути, собирает статический заряд из воздуха, который образуется в результате его движения с высокой скоростью. Разработка описана в журнале Advanced Energy Materials, и это исследование стало первым научным описанием практического применения турбины Теслы, хотя и в модифицированном виде.
Как это работает
Устройство может работать исключительно на обычном сжатом воздухе и использует его электростатические заряды и силу вязкости для достижения высокой производительности.
«Сила вязкости сжатого воздуха приводит во вращение внутренние элементы устройства. Трибоотрицательный и трибоположительный слои внутри него получают поверхностный заряд благодаря эффекту статического заряда частиц — для этого не требуется контактного трения, что делает принцип работы схожим с бесконтактными трибоэлектрическими генераторами. Это обеспечивает выработку электроэнергии за счет электростатической индукции на вращающихся электродах, а отсутствие трения позволяет достигать высокочастотных пиковых значений выходной мощности», — объяснил профессор.
Результаты экспериментов
Исследователи проанализировали эффект статического заряда частиц в своем устройстве, измерив переносимый заряд сжатого воздуха и проведя картирование трибоэлектрического слоя с помощью электростатической силовой микроскопии.
При скорости вращения 8472 оборота в минуту осовремененная турбина Теслы вырабатывает ток частотой 325 Гц напряжением до 800 В и силой 2,5 А.
Генератор может успешно питать различные электронные устройства, способствовать сбору воды из влаги воздуха и удалять частицы пыли в воздухе благодаря мощным выходным параметрам.
Что касается практического применения, устройство может использоваться в промышленных условиях, где обычно образуются большие объемы сжатого воздуха и потраченного впустую воздушного потока. Более того, благодаря высокому выходному напряжению это устройство может применяться для питания ряда электронных устройств или регулирования влажности и содержания пыли в воздухе посредством образования отрицательных ионов.
Разработана технология получения электричества прямо из воздуха
Инженеры создали устройство, которое вырабатывает энергию из холода космоса
Подписывайтесь и читайте «Науку» в Telegram