Une image au microscope électronique montre une coupe transversale d'un composite de graphène et de polyimide induit par laser créé à l'Université Rice pour être utilisé comme nanogénérateur triboélectrique. Les appareils sont capables de transformer le mouvement en énergie qui peut ensuite être stockée pour une utilisation ultérieure. Crédit :Tour Group/Rice University
Les appareils portables qui récupèrent l'énergie du mouvement ne sont pas une idée nouvelle, mais un matériel créé à l'Université Rice peut les rendre plus pratiques.
Le laboratoire Rice du chimiste James Tour a adapté le graphène induit par laser (LIG) en petits, appareils sans métal qui produisent de l'électricité. Comme frotter un ballon sur les cheveux, la mise en contact des composites LIG avec d'autres surfaces produit de l'électricité statique qui peut être utilisée pour alimenter des appareils.
Pour ça, merci l'effet triboélectrique, par lequel les matériaux se chargent par contact. Lorsqu'ils sont assemblés puis séparés, des charges de surface s'accumulent qui peuvent être canalisées vers la production d'électricité.
Dans les expériences, les chercheurs ont connecté une bande pliée de LIG à une chaîne de diodes électroluminescentes et ont découvert que le fait de taper sur la bande produisait suffisamment d'énergie pour les faire clignoter. Un plus gros morceau de LIG intégré dans une bascule permet au porteur de générer de l'énergie à chaque pas, car le contact répété du composite de graphène avec la peau a produit un courant pour charger un petit condensateur.
"Cela pourrait être un moyen de recharger de petits appareils en utilisant simplement l'excès d'énergie des coups de talon pendant la marche, ou mouvements de bras oscillants contre le torse, ", a déclaré la tournée.
Le chercheur postdoctoral de l'Université Rice, Michael Stanford, tient une bascule avec un nanogénérateur triboélectrique, à base de graphène induit par laser, attaché au talon. Marcher avec la tong génère de l'électricité avec des contacts répétés entre le générateur et la peau du porteur. Stanford a câblé l'appareil pour stocker de l'énergie sur un condensateur. Crédit :Jeff Fitlow/Université Rice
Le projet est détaillé dans la revue American Chemical Society ACS Nano .
LIG est une mousse de graphène produite lorsque des produits chimiques sont chauffés à la surface d'un polymère ou d'un autre matériau avec un laser, ne laissant que des flocons interconnectés de carbone bidimensionnel. Le laboratoire a d'abord réalisé un LIG sur du polyimide commun, mais étendu la technique aux plantes, nourriture, papier et bois traités.
Le labo est devenu polyimide, du liège et d'autres matériaux dans des électrodes LIG pour voir à quel point ils produisaient de l'énergie et résistaient à l'usure. Ils ont obtenu les meilleurs résultats avec des matériaux aux extrémités opposées de la série triboélectrique, qui quantifie leur capacité à générer des charges statiques par électrification par contact.
En configuration pliante, LIG du polyimide tribo-négatif a été pulvérisé avec un revêtement protecteur de polyuréthane, qui a également servi de matériau tribo-positif. Lorsque les électrodes ont été réunies, électrons transférés au polyimide à partir du polyuréthane. Un contact et une séparation ultérieurs ont entraîné des charges qui pouvaient être stockées via un circuit externe pour rééquilibrer la charge statique accumulée. Le pliage LIG a généré environ 1 kilovolt, et est resté stable après 5, 000 cycles de pliage.
La meilleure configuration, avec des électrodes du composite polyimide-LIG et de l'aluminium, produit des tensions supérieures à 3,5 kilovolts avec une puissance de crête de plus de 8 milliwatts.
"Le nanogénérateur intégré dans une bascule a pu stocker 0,22 millijoule d'énergie électrique sur un condensateur après une marche d'un kilomètre, " a déclaré le chercheur postdoctoral Rice Michael Stanford, auteur principal de l'article. "Ce taux de stockage d'énergie est suffisant pour alimenter les capteurs portables et l'électronique avec le mouvement humain."
