Terwijl de Jeep rolde, begonnen de LED-lampjes aan en uit te knipperen. Maar in plaats van de batterij van het speelgoed die de lichten aandrijft, zoals je zou verwachten, oogstte een nanogenerator op de banden van de Jeep wrijvingsenergie om ze van brandstof te voorzien.
Deze nanogenerator is ontwikkeld door ingenieurs van de Universiteit van Wisconsin aan de Madison en Zhengzhou University in China en kan uiteindelijk echte auto's efficiënter maken. Door elektroden op de banden te plaatsen, hebben de wetenschappers ontdekt hoe ze de energie van het veranderende elektrische potentieel tussen de banden en de weg kunnen opvangen. Dit type energie wordt normaal gesproken verspild, maar nanogenerators maken het mogelijk om het te oogsten en om te leiden naar de batterij van de auto, meldden ze onlangs in het tijdschrift Nano Energy .
"Ik ben hier behoorlijk enthousiast over", zegt projectleider Xudong Wang, universitair hoofddocent materiaalkunde en techniek aan de universiteit.
De nanogenerator werkt volgens een principe dat het tribo-elektrische effect wordt genoemd, legt Wang uit. Het tribo-elektrische effect is de lading die voortkomt uit het wrijven van bepaalde soorten materialen. De statische schok die je krijgt nadat je je voeten op tapijt hebt gewreven, is een voorbeeld, evenals de lading die rubberen autobanden en asfaltwegen genereren wanneer ze in contact komen.
Het team van Wang experimenteert al enkele jaren met nanogeneratoren - elektroden die mechanische energie omzetten in elektriciteit. De onderzoekers plaatsen de inch-lange elektrodepleisters op het oppervlak van de autobanden om de energie te benutten en terug te leiden naar de accu van de auto. Wang zou uiteindelijk graag zien dat de technologie de efficiëntie van elektrische auto's verbetert.
"We kunnen waarschijnlijk de kilometerstand met 10 procent verbeteren", zegt Wang. "Ik denk dat alle elektrische auto's dit willen."
Het project moet verder worden ontwikkeld voordat autobedrijven zich kunnen inkopen. Autobanden moeten aanzienlijk opnieuw worden ontworpen om de nanogenerators te integreren. Met de speelgoedjeep werden elektrodepleisters alleen op het oppervlak van de banden geplaatst. Maar in een echte auto zou deze plaatsing betekenen dat de elektroden vrijwel onmiddellijk zouden worden weggesleten. Wang stelt zich een bandontwerp voor dat de elektroden rechtstreeks in het loopvlak integreert. Maar dit is een ingrijpende ontwerprevisie die serieuze tijd en geld kost. Wang is van plan met ingenieurs samen te werken om het beste bandontwerp te achterhalen.
"Ik wil de configuratie ontwerpen en zien wat de maximale efficiëntie is die we kunnen bereiken", zegt Wang.
De speelgoedjeep met nanogenerators op zijn banden (UW-Madison College of Engineering) Wang denkt dat de nanogenerators ergens in de komende tien jaar klaar zullen zijn voor gebruik in de echte wereld. De exacte timing hangt af van hoe moeilijk het is om verschillende banden te maken en van welk type voertuigfabrikanten het meest geïnteresseerd zijn in het toepassen van de technologie.
Er zijn veel verschillende toepassingen voor tribo-elektrische nanogeneratoren [TENG's], zegt Wang. Het meeste nanogeneratoronderzoek wordt gedaan in Europa of Azië, waar onderzoekers TENG's op verschillende media bekijken. Een team van het Georgia Institute of Technology en twee Chinese universiteiten heeft een oprolbare, op papier gebaseerde nanogenerator ontwikkeld om geluidsgolfenergie te oogsten. De nanogenerator kan in een mobiele telefoon worden geplaatst om energie van menselijke stemmen te winnen. Een ander team heeft een nanogenerator ontwikkeld die in een schoen kan worden ingebracht om loopenergie te benutten. De uitvinding kan mogelijk kleine elektronica aandrijven, of zelfs uiteindelijk zijn vermogen aan het net lenen. Een nieuw uitgevonden transparant TENG vangt de kracht van stromend water. Het kan worden geïntegreerd in auto- of thuisramen om gebruik te maken van regenkracht, de kinetische energie van vallende regen.
Hoe veelbelovend de TENG ook zijn, er zijn relatief weinig Amerikaanse wetenschappers die momenteel dit soort onderzoek nastreven, zegt Wang.
"Investeerders en de federale overheid moeten meer nadenken over [TENG's]", zegt Wang. "Er zijn veel verschillende manieren om energie te besparen."
