Credito:GIST (Istituto di scienza e tecnologia di Gwangju)
La maggior parte di noi ha sentito lo shock dell'elettricità statica toccando un oggetto metallico dopo aver indossato un maglione o aver camminato su un tappeto. Ciò si verifica a causa dell'accumulo di carica ogni volta che due materiali dissimili (come il nostro corpo e il tessuto) entrano in contatto l'uno con l'altro.
Nel 2012, scienziati statunitensi e cinesi hanno utilizzato questo fenomeno, noto come "effetto triboelettrico", per costruire un nanogeneratore triboelettrico (TENG) che converte l'energia meccanica non utilizzata in energia elettrica utile. Il loro dispositivo consisteva in due film polimerici triboelettrici con elettrodi metallici, che, una volta uniti e separati, provocavano la separazione della carica e lo sviluppo di una tensione elettrica sufficiente per alimentare piccoli dispositivi elettronici.
Considerati come potenziali raccoglitori di energia sostenibile, sono stati compiuti sforzi per migliorare la produzione di energia dei TENG iniettando cariche sulla superficie dei film triboelettrici. Tuttavia, la ricombinazione della carica nell'elettrodo e la repulsione della carica sulla superficie del materiale impedisce loro di raggiungere densità di carica superficiale elevate.
In questo contesto, un team di ricercatori guidato dal professor Chanho Pak del Gwangju Institute of Science and Technology (GIST) in Corea del Sud ha sviluppato, in un recente studio, uno strato di confinamento della carica che gestisce il trasferimento di cariche iniettate tra il film triboelettrico e l'elettrodo per migliorare la densità di carica sulla superficie del film triboelettrico. Questo documento è stato pubblicato in Piccoli metodi .
"Nella progettazione di TENG ad alte prestazioni, è fondamentale trasportare la carica sulla superficie in una posizione profonda riducendo al contempo la ricombinazione della carica", afferma il Prof. Pak. Per realizzare gli strati, i ricercatori hanno utilizzato sfere di carbonio mesoporoso elettrofilate insieme a strati di polivinilidene fluoruro (PVDF) e nylon. Le sfere di carbonio, che intrappolano le cariche sulla superficie, sono state disposte in ordine crescente rispetto alle loro specifiche aree di superficie, creando uno strato di confinamento della carica a gradiente. Come risultato di questa disposizione del gradiente, le cariche iniettate potevano spostarsi verso l'elettrodo ma erano confinate appena prima di raggiungerlo. "Gli strati trasportano e confinano le cariche", spiega il Prof. Pak.
Trasportando le cariche lontano dalla superficie, gli strati impediscono alle cariche iniettate di accumularsi e di respingersi a vicenda sulla superficie del materiale triboelettrico, consentendogli di trattenere più carica. Inoltre, il confinamento delle cariche vicino agli elettrodi previene la perdita di carica dovuta alla ricombinazione, risultando in una superficie triboelettrica con una densità di carica maggiore.
Con l'aggiunta di strati di confinamento della carica, i ricercatori hanno migliorato la tensione e la corrente di uscita del TENG rispettivamente di 40 e sette volte. Inoltre, combinando un TENG cilindrico e un generatore elettromagnetico, hanno ottenuto un notevole miglioramento di 1300 volte nella corrente di uscita.
"Con questi risultati promettenti, i TENG potrebbero un giorno essere abbastanza potenti da fungere da raccoglitori di energia sostenibile e da dispositivi indossabili di alimentazione del futuro", afferma il Prof. Pak. + Esplora ulteriormente
