Als der Jeep weiterrollte, begannen seine LED-Lichter zu blinken. Aber anstatt der Batterie des Spielzeugs, die die Lichter antreibt, erntete ein Nanogenerator auf den Reifen des Jeeps Reibungsenergie, um sie zu tanken.
Dieser von Ingenieuren der University of Wisconsin in Madison und der Zhengzhou University in China entwickelte Nanogenerator könnte schließlich echte Autos effizienter machen. Durch Anbringen von Elektroden an den Reifen haben die Wissenschaftler herausgefunden, wie die Energie aus dem sich ändernden elektrischen Potential zwischen Reifen und Straße gewonnen werden kann. Diese Art von Energie wird normalerweise verschwendet, aber Nanogeneratoren ermöglichen es, sie zu ernten und in die Autobatterie umzuleiten, berichteten sie kürzlich in der Zeitschrift Nano Energy .
"Ich bin ziemlich aufgeregt darüber", sagt Projektleiter Xudong Wang, Professor für Materialwissenschaft und Werkstofftechnik an der Universität.
Der Nanogenerator arbeitet nach einem Prinzip, das als triboelektrischer Effekt bezeichnet wird, erklärt Wang. Der triboelektrische Effekt ist die Ladung, die beim Aneinanderreiben bestimmter Arten von Materialien entsteht. Der statische Aufprall, den Sie bekommen, wenn Sie Ihre Füße auf dem Teppich reiben, ist ein Beispiel, ebenso wie die Aufladung, die Gummi-Autoreifen und Asphaltstraßen erzeugen, wenn sie in Kontakt kommen.
Wangs Team experimentiert seit mehreren Jahren mit Nanogeneratoren - Elektroden, die mechanische Energie in Elektrizität umwandeln. Die Forscher platzieren die zentimeterlangen Elektrodenpflaster auf der Oberfläche der Autoreifen, um die Energie zu nutzen und sie zurück zur Autobatterie zu leiten. Wang möchte letztendlich, dass die Technologie die Effizienz von Elektroautos steigert.
„Wir können den Kilometerstand wahrscheinlich um 10 Prozent verbessern“, sagt Wang. "Ich denke, alle Elektroautos werden das wollen."
Das Projekt muss weiterentwickelt werden, bevor sich die Automobilunternehmen einkaufen können. Die Autoreifen müssen erheblich überarbeitet werden, um die Nanogeneratoren einzubeziehen. Beim Toy Jeep wurden lediglich Elektrodenpatches auf die Reifenoberfläche geklebt. In einem echten Auto würde diese Platzierung bedeuten, dass die Elektroden fast sofort abgenutzt wären. Wang stellt sich ein Reifendesign vor, bei dem die Elektroden direkt in die Laufflächen integriert werden. Dies ist jedoch eine umfassende Überarbeitung des Designs, die viel Zeit und Geld in Anspruch nimmt. Wang plant, mit Ingenieuren zusammenzuarbeiten, um das beste Reifendesign zu finden.
"Ich möchte die Konfiguration konstruieren und sehen, welche maximale Effizienz wir erreichen können", sagt Wang.
Der Spielzeug-Jeep mit Nanogeneratoren auf seinen Reifen (UW-Madison College of Engineering) Wang geht davon aus, dass die Nanogeneratoren in den nächsten zehn Jahren einsatzbereit sein werden. Der genaue Zeitpunkt hängt davon ab, wie schwierig es ist, verschiedene Reifen zu konstruieren, und welche Arten von Fahrzeugherstellern am meisten an der Anwendung der Technologie interessiert sind.
Es gibt viele verschiedene Anwendungen für triboelektrische Nanogeneratoren [TENGs], sagt Wang. Der größte Teil der Nanogeneratorforschung findet in Europa oder Asien statt, wo Forscher TENGs in einer Vielzahl von Medien untersuchen. Ein Team des Georgia Institute of Technology und zweier chinesischer Universitäten hat einen rollbaren Nanogenerator auf Papierbasis entwickelt, mit dem Schallwellenenergie gewonnen werden kann. Der Nanogenerator könnte in ein Mobiltelefon eingebaut werden, um Energie aus menschlichen Stimmen zu gewinnen. Ein anderes Team hat einen Nanogenerator entwickelt, der in einen Schuh eingesetzt werden kann, um die Energie des Gehens zu nutzen. Die Erfindung könnte potenziell kleine Elektronikgeräte mit Strom versorgen oder sie könnte ihre Leistung sogar in das Netz einspeisen. Ein neu erfundenes transparentes TENG fängt die Kraft des fließenden Wassers ein. Es könnte in Auto- oder Heimfenster integriert werden, um die Regenkraft, die kinetische Energie des fallenden Regens, zu nutzen.
So vielversprechend TENGs sind, so wenige amerikanische Wissenschaftler betreiben derzeit diese Art von Forschung.
"Investoren und die Bundesregierung müssen mehr über [TENGs] nachdenken", sagt Wang. „Es gibt viele verschiedene Möglichkeiten, Energie zu sparen.“
