ジープが転がるにつれて、LEDライトが点滅し始めました。 しかし、予想されるように、おもちゃのバッテリーがライトに電力を供給する代わりに、ジープのタイヤのナノ発電機は、燃料を供給するために摩擦エネルギーを収集しました。
ウィスコンシン大学マディソン校および中国Z州大学のエンジニアによって開発されたこのナノ発電機は、最終的に実際の車をより効率的にすることができました。 タイヤに電極を配置することにより、科学者たちはタイヤと道路の間で変化する電位からエネルギーを捕捉する方法を見つけました。 このタイプのエネルギーは通常無駄になりますが、ナノ発電機はそれを収穫して自動車のバッテリーに向け直すことを可能にします、と彼らは最近ジャーナルNano Energyで報告しました。
「これにはかなり興奮しています」と、大学の材料科学および工学の准教授であるプロジェクトリーダーのXudong Wang氏は言います。
ナノ発電機は、摩擦電気効果と呼ばれる原理で動作します、とワンは説明します。 摩擦電気効果は、特定の種類の材料を擦り合わせることにより生じる電荷です。 カーペットの上で足をこすった後に受ける静的衝撃は一例であり、ゴム製の車のタイヤとアスファルトの道路が接触したときに発生する電荷も同様です。
Wangのチームは、数年間、機械的エネルギーを電気に変換する電極であるナノ発電機の実験を行ってきました。 研究者は、車のタイヤの表面に1インチの長さの電極パッチを配置して、エネルギーを利用し、それを車のバッテリーに向けて戻しています。 Wangは最終的に、この技術が電気自動車の効率を高めることを望んでいます。
「おそらく、走行距離を10％改善できます」とWang氏は言います。 「すべての電気自動車がこれを望むと思います。」
このプロジェクトは、自動車会社が買収する前にさらに開発する必要があります。自動車用タイヤは、ナノ発電機を組み込むために大幅に再設計する必要があります。 おもちゃのジープでは、電極パッチは単にタイヤの表面に置かれました。 しかし、実際の車では、この配置は、電極がほぼすぐに摩耗することを意味します。 Wangは、電極をトレッドに直接統合するタイヤ設計を想定しています。 しかし、これは重大な時間とお金を要する主要な設計の見直しです。 Wangはエンジニアと協力して、最適なタイヤ設計を見つけ出すことを計画しています。
「構成を設計し、到達可能な最大効率を確認したい」とWang氏は言います。
タイヤにナノジェネレーターを搭載したおもちゃのジープ（UW-Madison College of Engineering） Wangは、ナノ発電機は今後10年以内に現実世界で使用できるようになると考えています。 正確なタイミングは、さまざまなタイヤを設計するのがどれだけ難しいか、そしてこのテクノロジーの適用に最も関心を寄せている車両メーカーの種類によって異なります。
摩擦電気ナノ発電機[TENG]にはさまざまな用途があります、とWangは言います。 ほとんどのナノ発電機の研究は、研究者がさまざまな媒体のTENGを検討しているヨーロッパまたはアジアで行われています。 ジョージア工科大学と2つの中国の大学のチームは、音波エネルギーを収集するための巻取り可能な紙ベースのナノ発電機を開発しました。 ナノ発電機を携帯電話に配置して、人間の声からエネルギーを収集することができます。 別のチームは、靴に挿入して歩行エネルギーを利用できるナノ発電機を開発しました。 本発明は、潜在的に小さな電子機器に電力を供給することができ、または最終的にその電力をグリッドに貸すことさえできる。 新しく発明された透明なTENGは、流れる水の力を捕らえます。 車や家の窓に組み込んで、降雨の運動エネルギーである雨の力を利用できます。
TENGが有望であるように、現在このタイプの研究を追求しているアメリカの科学者は比較的少ない、とWangは言います。
「投資家と連邦政府は、[TENG]についてもっと考える必要があります」とWang氏は言います。 「エネルギーを節約する方法はたくさんあります。」
