Met behulp van het principe van tribo-elektriciteit hebben onderzoekers een relatief eenvoudige en optimale manier gevonden om elektrische lading te genereren. De doorbraak zou een manier kunnen bieden om wearables en andere apparaten zonder batterijen van stroom te voorzien.
Op het gebied van de opwekking van schone energie is tribo-elektriciteit een relatief onbekend terrein. Het is eigenlijk hetzelfde als statische elektriciteit: energie ontstaat door wrijving wanneer twee oppervlakken wrijven of uit elkaar trekken. Hoewel deze aanpak geen grote hoeveelheden elektriciteit kan opwekken en daarom wind-, zonne-, geothermische en andere groene energie-initiatieven nooit zal vervangen, zou deze een plaats kunnen vinden in kleinere toepassingen zoals medische apparatuur en draagbare technologie.
In feite is tribo-elektriciteit gebruikt om sensoren te ontwikkelen voor het detecteren van kwikniveaus in voedsel; op bomen gemonteerde apparaten voor het monitoren van bosbranden die koolmonoxide- en temperatuurveranderingen kunnen detecteren; en speciale garens die van elke stof een micro-energiecentrale kunnen maken. Onderzoekers van de Universiteit van Alabama hebben zelfs een goedkope tribo-elektrische generator gemaakt met behulp van dubbelzijdig plakband en plastic folie.
Nu heeft een team van onderzoekers uit Brussel, Australië en Hong Kong een ander geheim ontdekt over de effectiviteit van het tribo-elektrische effect. Na experimenten met een reeks materialen creëerden de wetenschappers plastic kralen op nanoschaal met behulp van melamine en formaldehyde. Vervolgens ontdekten ze dat de grootte van de hybride kralen de sleutel was tot het succes van efficiënte opwekking van tribo-elektrische energie.
Concreet ontdekten ze dat grotere kralen de neiging hadden een negatieve lading te hebben, terwijl kleinere kralen de neiging hadden een positieve lading te hebben. Door een systeem te ontwerpen dat een tribo-elektrische nanogenerator (TENG) wordt genoemd, met kleinere kralen aan de ene kant van de film en grotere kralen aan de andere kant, zeggen ze dat het meer elektriciteit kan produceren dan waartoe andere tribo-elektrische methoden doorgaans in staat zijn. Dit omvat methoden die afhankelijk zijn van het wrijven van twee ruwe oppervlakken om een elektrische lading te creëren. Opgemerkt moet worden dat de stroom die tijdens het experiment werd gemeten slechts in nanoampères lag, dus we hoeven niet al te enthousiast te worden.
De kralen schuren niet tegen elkaar, wat ook betekent dat ze langer meegaan. Uit tests blijkt dat ze 10.000 cycli kunnen weerstaan. De onderzoekers zeggen ook dat de kralen kunnen worden geproduceerd zonder het gebruik van oplosmiddelen, waardoor ze goedkoper te produceren zijn, en als ze versleten zijn, kunnen ze worden vernieuwd met slechts een laagje poeder.
"Ons onderzoek toont aan dat kleine veranderingen in de materiaalkeuze de efficiëntie van de energieproductie aanzienlijk kunnen verbeteren", zegt hoofdauteur van het onderzoek, Ignaas Jimidar van de Université Libre de Bruxelles. "Dit opent nieuwe mogelijkheden voor tribo-elektrische nanogeneratoren die in het dagelijks leven kunnen worden gebruikt, zonder afhankelijk te zijn van traditionele energiebronnen."
De bevindingen zijn gedetailleerd beschreven in een artikel gepubliceerd in het tijdschrift Small.