Надышите заряд своему смартфону: мини-ветряк работает от дыхания

Исследователи из Китайской академии наук создали новую разновидность портативного электрического генератора. Его уникальность заключается в способности аккумулировать энергию ветра, который образуется просто от идущего человека, дыхания или любого движения предметов в пространстве.

Создатели генератора уверены, что такой мини-ветряк очень перспективен за счет своей невысокой стоимости и эффективности в качестве источника питания, по крайней мере, для миниатюрных датчиков и светодиодов.

Новая крошечная ветряная станция производит электричество даже от совсем легкого ветра

Но чисто технически разработка не является турбиной. Это миниатюрный генератор, который состоит из двух пластиковых лент в трубке. Когда через трубку проходит воздушный поток, ленты начинают колебаться и хлопают друг о друга. Выработка энергии происходит за счет трибоэлектрического эффекта, который мы наблюдаем, например, когда воздушный шар трется о волосы. Две пластиковые ленты получают электрический заряд за счет трения, когда отделяются друг от друга, а полученное электричество накапливается и сохраняется.

Такой наногенератор работает при слабом ветре со скоростью 5,8 км/ч (1,6 м/с), и тесты уже показали, что он способен функционировать, будучи прикрепленным к руке человека во время ходьбы. Но лучше всего генератор работает при скорости ветра от 4 до 8 м/с, поэтому в идеале его стоит использовать при езде на велосипеде.

Система с ветряной трубкой и конструкция трибоэлектрического наногенератора. Изображение: Xin Chen, Xingchen Ma et al./ Cell Reports Physical Science, 2020

Разработчики выяснили, что эффективность преобразования энергии ветра в электрическую энергию составляет 3,23%. Это больше, чем у других компактных изобретений, которые преобразуют в электричество энергию ветра. Но, конечно, речь не идет о конкуренции со специализированными мощными ветряками. Например, КПД обычной ветряной турбины составляет около 50%.

Таким образом, новый трибоэлектрический наногенератор больше подходит для питания энергией небольших устройств. Оптимизированная его версия способна выдавать напряжение 175 В, ток 43 мкА и мощность 2,5 мВт. Этого хватает для питания небольших температурных датчиков или светодиодных матриц, состоящих из 100 светодиодов.

Но сами ученые-разработчики говорят, что их мини-ветряк в перспективе рассматривается как основа для новых типов носимых наногенераторов, от которых будут питаться небольшие электронные устройства и даже смартфоны. Это было бы удобно — интенсивно подышать в трубку и тем самым подзарядить свое мобильное устройство.

Разработчики уверены, что при масштабировании технологии наногенератор составит конкуренцию даже мощным стандартным ветрякам

Сейчас в планах у ученых — дальше развивать технологию, чтобы генератор мог производить еще больше энергии, возможно, получится даже масштабировать установку до формата сети, хотя до этого этапа еще далеко.

Также авторы разработки, опубликованной в Cell Reports Physical Science, планируют нарастить мощность наногенератора до 1000 Вт — ученые все-таки хотят, чтобы их агрегат мог конкурировать с традиционными ветряными турбинами. Тогда можно будет установить новые устройства в местах, где невозможно размещение традиционных ветряков по тем или иным причинам, например, в горах или на крышах жилых домов.