WPI-MANA: Energiegewinnung im Nanomaßstab mit triboelektrischen Nanogeneratoren (TENG)

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TSUKUBA, Japan, 16. November 2021 /PRNewswire/ -- Neue Forschungsarbeiten am International Center for Materials Nanoarchitectonics (WPI-MANA), National Institute for Materials Science (NIMS), bringen den Bereich der triboelektrischen Nanogeneratoren (TENG) voran, Geräte, die für das drahtlose Aufladen von Energiespeichern wie Batterien und Kondensatoren vielversprechend sind. Dies könnte den Weg für neue Möglichkeiten zur Gewinnung mechanischer Energie ohne externe Verstärkung und Verstärker ebnen und die gewonnene Energie drahtlos zur Speicherung übertragen.

(Bild https://kyodonewsprwire.jp/prwfile/release/M105739/202111052918/_prw_PI1fl_63WHglS5.jpg)

Ein triboelektrischer Nanogenerator ist ein Energiegewinnungsgerät, das externe mechanische Energie im Nanomaßstab in Elektrizität umwandelt. Diese Geräte können zur Nutzung aller Arten von mechanischer Energie eingesetzt werden, die im täglichen Leben zur Verfügung steht, aber verschwendet wird, wie z. B. menschliche Bewegung, Gehen, Vibration und mechanische Auslösung.

Die Technologie stößt weltweit auf reges Interesse. Die ersten Arbeiten über TENG wurden erst vor kurzem, im Jahr 2012, von der Gruppe von Prof. Zhong Lin Wang am Georgia Institute of Technology veröffentlicht, und seitdem haben sich die Leistung und Effizienz der Geräte dramatisch verbessert. Schon früh wurde festgestellt, dass das Hinzufügen von Nanostrukturen zu den Oberflächen der aktiven Materialien deren Effizienz verbessert, da es die Oberfläche und damit den Umfang des Ladungstransfers vergrößert.

Ein MANA-Team unter der Leitung von Ken C. Pradel von MANA und Naoki Fukata, Principal Investigator und Gruppenleiter der MANA-Gruppe für nanostrukturierte Halbleitermaterialien, entwickelte ein einfaches geometrisches Modell, das zeigt, wie Anordnungen von Halbkugeln ineinandergreifen und den Oberflächenkontakt erhöhen können.

Sie korrelierten dies mit einem Modellsystem aus Polyamid und Polyvinylidenfluorid, TENG. Sie fanden heraus, dass durch die Abstimmung des Abstands zwischen den Mustermerkmalen die Ausgangsspannung und der Strom erheblich verbessert werden können.

„Indem wir unser Verständnis der Oberflächeninteraktionen in diesen Geräten vertiefen, können wir sie auf intelligentere Weise optimieren, um Kosten zu senken und die Leistung zu verbessern", so die Forscher.

Diese Forschung wurde von Ken C. Pradel, JSPS-Stipendiat zum Zeitpunkt der Forschung (WPI-MANA), und seinem Mitarbeiter durchgeführt.

„Systematic Optimization of Triboelectric Nanogenerator Performance Through Surface Micropatterning"
Ken C. Pradel et al., Nano Energy Volume 83 (May 2021)
https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2021.105856

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