Каждый, кто хоть раз помогал «прикурить» севший от сильного холода автомобильный аккумулятор, знает, что мороз и электричество не сочетаются. Однако исследовательская компания Nanotech Energy придумала способ добычи электричества из снега. Доклад об этом появился в журнале Nano Energy в июне 2019 года, но с приближением зимы тема становится как нельзя более актуальной.
Ещё в 1960-х годах учёные заметили, что у снега есть интересное свойство: он несёт положительный заряд. Соответственно, при взаимодействии с материалом, несущим отрицательный заряд, из снега можно извлечь энергию. Эту особенность и взяли на вооружение исследователи из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA), создав небольшой силиконовый датчик-генератор, способный получать электричество прямо из снега.
«Снег уже имеет заряд, и мы подумали, почему бы не взять другой материал с противоположным зарядом и не попробовать создать электричество?» — Махер Эль-Кади, технический директор исследовательской компании Nanotech Energy.
Устройство получило название Snow TENG (снежный трибоэлектрический наногенератор). Как видно из названия, работает оно за счёт трибоэлектрического эффекта (появления электрических зарядов в материале в результате трения). Подобные устройства используются для создания генераторов малой мощности, получающих энергию от движения тела, прикосновений к поверхности или шагов человека по полу.
Команда UCLA крепила устройство на подошвы ботинок и шины велосипедов
Почему устройство силиконовое? Исследователи протестировали разные материалы, включая тефлоновую и алюминиевую фольгу. Но силикон оказался эффективнее. Этот дешёвый материал лучше всего справился с «захватом» электронов.
Snow TENG легко изготовить с помощью 3D-принтера. На пластиковый электрод, способный «захватывать» статическое электричество, наносится слой силикона. Готовое устройство получается прочным, гибким, водостойким и лёгким. При этом оно не требует никаких дополнительных элементов питания. Учитывая, что в основе технологии лежит силикон, Snow TENG вполне реально превратить в прозрачный водонепроницаемый спрей.
Это интересная возможность, ведь тогда его можно нанести на солнечные батареи, чтобы они могли работать в удалённых заснеженных районах и генерировали энергию даже в метель. Snow TENG можно использовать для создания энергонезависимых метеостанций. Или вообще покрыть им стены зданий. Это, с одной стороны, повысит уровень гидроизоляции, а с другой — во время снегопада здание станет огромным электрогенератором.
Энергии хватит, чтобы подзарядить арктическую метеостанцию или «умные» часы
Где подвох?
Ложка дёгтя, конечно, есть. Проблема в малой удельной мощности устройства, которая составляет 0,2 мВт на квадратный метр. То есть напрямую к электросети подключать Snow TENG бессмысленно. А вот для питания небольших устройств технология вполне подходит. Так что вполне вероятно, что вскоре появится носимая электроника для зимних видов спорта, способная подзаряжаться от движения лыж или ботинок по снегу.
Комментарии (44)
TheGodfather
26.10.2019 11:34-90,2 мВт на квадратный метр.
А можно для тех кто в танке более детально? «мВт» это вроде «милливатт», то бишь на 100 кв. метров (по грубым прикидкам, это очень оптимистичная оценка, если покрыть всю крышу и стены) получится 2 Ватта. Но 2 ватта во что? В час? В секунду? В минуту? Интернеты говорят, что зарядка телефона ест примерно 2-6 ватт. Ну т.е. можно сделать огромный электрогенераторую зарядку для телефона, ну да.OldFisher
26.10.2019 11:51+2Ватт — это мощность, то есть энергия, делённая на время. Конкретнее — джоуль в секунду.
KbRadar
26.10.2019 12:10+8bbs12
26.10.2019 18:23+2Подходит TheGodfather к продавцу автомобилей и спрашивает: «Вы говорите, что у этой машины двигатель 100 лошадиных сил. Но 100 лошадиных сил во что? В час? В секунду? В минуту?»
yulai-b
26.10.2019 19:19Ватт — мощность, т.е., скорость выполнения работы. "Мощность 1 вт" означает, к примеру, возможность поднять груз весом 1 кг на высоту 10 см за одну секунду.
kalininmr
26.10.2019 13:15+2а с подошвы то не проще механическую брать?
пьезоэффект например?
Zel
26.10.2019 15:22+1у пьезогенераторов примерно такой же КПД, поэтому их использовать в обуви — такая же экзотическая затея, как этот трибогенератор.
Есть проекты, в которых пьезогенераторы используются в местах массового скопления людей (где-то в Лондоне перед Олимпиадой ставили)?- там уже что-то вырабатывается более ощутимое
Но уж если за экзотические проекты речь зашла, то строить источники генерации в непригодных для проживания человека местах — более правильная затея. В Чернобыле стоит уже автономная СЭС (даже делятся опытом с Казахстаном).
И вообще, говорят, агровольтаика позволяет эффективнее использовать землю. Может и с этим генератором получится что-нибудь скомбинировать?kalininmr
27.10.2019 07:15но пьезогенератор будет работать и без снега. например.
плюс их можно на одежде расположить гораздо больше.Zel
27.10.2019 20:42и мацать себя постоянно?
kalininmr
28.10.2019 03:10а вы всегда ходите лунной походкой?
хотя и тогда колени сгибаются.isden
28.10.2019 09:10+1А как вы думаете, откуда вся эта «мощность» берется? Из мышечных усилий. Если всего себя облепить такими генераторами, то шевелиться будет, скажем так, не очень комфортно.
Эффективнее напрямую глюкозу из крови окислять :)kalininmr
28.10.2019 18:23вот, кстати, мысль… вот идешь с рюкзаком — куча паразитных перемещений рюкзака вверх-вниз… пожалуй можно вполне вменяемую энергию снимать.
isden
28.10.2019 18:36Мне кажется, в этом случае эффективнее будет через электромагнитную индукцию электричество получать. Но минусом дополнительный вес магнитов и катушек.
kalininmr
28.10.2019 19:52да. индукцией скорее лучше получится снимать.
вес — 100Н
перемещение условно — 0.02м
частота около 2.7 шага в секунду.
в принципе неплохо так.
на фоне рюкзака, наврятли много будет доп. веса.
kababok
26.10.2019 14:51+2Спасибо за статью!
И не примите за придирку, но как электротехник не могу не сказать, что фраза о несочетаемости электричества и мороза — она несколько неправильна.
А вот о нелюбви аккумуляторов к низким температурам — было бы вернее.
alchemist666
26.10.2019 15:16+1Интересно сколько энергии затратят на производство таких "панелей"
Zel
26.10.2019 15:23+1… и сколько они проработают. Если они будут работать тысячелетиями — то вопрос с подвохом не получился
Lazytech
26.10.2019 15:25+3Это интересная возможность, ведь тогда его можно нанести на солнечные батареи, чтобы они могли работать в удалённых заснеженных районах и генерировали энергию даже в метель. <...>
<...> Проблема в малой удельной мощности устройства, которая составляет 0,2 мВт на квадратный метр. <...>
Если грубо принять, что днем в теплую безоблачную погоду 1 квадратный метр солнечной панели вырабатывает 100-200 Вт электроэнергии (опираюсь на информацию, найденную здесь), то выработка 0,2 мВт (т. е. почти на 6 порядков меньше) с такой же площади — это вообще ни о чем. Или я что-то не так понял?
keydon2
26.10.2019 17:10-5Если бы я писал статьи на хабре, я бы предпочел, чтобы они приносили какую-то пользу.
Какую пользу приносит знание об очередном бесполезном "изобретении"?
dobriniasergo
26.10.2019 19:00Тут наверное тот же принцип как в элементах Петье
maverickcy
27.10.2019 09:04У пельтье кпд повыше
NumLock
28.10.2019 01:39Почему бы тогда элементы Пельтье не использовать? С одной стороны подложка солнечных батарей, а с другой радиатор (для нагрева или охлаждения).
vladkorotnev
28.10.2019 03:55Для генерации или для охлаждения панелей?
Сдаётся мне, если охлаждать панель пельтьешкой, то в лучшем случае весь прирост КПД на эту пельтьешку и уйдёт, хотя вроде бы в каких-то случаях они применяются.maverickcy
28.10.2019 08:46Имеется в виду, не панель охлаждать элементами, а отбирать тепло с обратной стороны панели на элемент, а охлаждать радиатором снизу. Вообще, оно бы может и зашло. Но это сколько алюминия на одну панель (Да и пельтюков тоже)! Даже маленькая панель 70вт 100х50(Примерно), будет неплохо так весить, да и радиатор получится не дешевый. Еще и способ крепления меняется и уже стандарты не подойдут.
Хотя, есть над чем подумать.vladkorotnev
28.10.2019 08:54Разница температур нужна приличная, в итоге на выхлопе пшик… но чтобы точно сказать, считать нужно, да.
HellFir-e
26.10.2019 20:15На обувь или поверх панели клеить бред.
Но возникла мысль…
А если их разместить как сеть над головой, типа рабицы, только 3д… как картон… смотришь сверху это сеть а на самом деле есть длинныестенки. О… точно… пустые пчелиные соты.
Снег падает и сталкивается со стенками, отдаёт заряд и дальше падает… помне так практичнее и кпд можно поднять.
Правда у меня ощущение, что получится большая сеть со статикой
Sartorio
26.10.2019 20:25+1Значит снежинки до падения на землю имеют положительный заряд ?!..
В таком случае, чисто умозрительно, этому заряду можно найти значительно лучшее применение. Например покрыть наружную поверхность солнечных панелей прозрачным проводником, скажем тонким слоем оксида олова, при этом большое удельное сопротивление такого слоя не беда, и подать на этот слой высокий положительный потенциал. Чисто умозрительно, это должно уменьшить накопление снега на панелях, соответственно повысить их эффективность, до момента начала процесса очистки от снега. ИМХО пользы будет больше!HellFir-e
26.10.2019 21:26Будет пользы ещё меньше.
Лучше просто угол побольше сделать и не тратить энергию, а если будет солнечно м.б. даже слегка скомпенсируются потери из-за угла отражённым от снега светом(но это в качестве бредаю).
GeorgKDeft
27.10.2019 08:42Опыты в лаборатории в принципе по такой теме уже проводились (правда с обратной целью — получить лед с помощью воздействия зарядом т.е. в принципе возможно и обратное).
Результаты оказались следующими: вода на незаряженной поверхности замерзла при -12,5? C, на позитивно заряженной – при -7? C. Вода на отрицательно заряженной поверхности «продержалась» до -18? C. Простота эксперимента подтверждает, что ключевым фактором в получении таких результатов стал именно тип электрического заряда поверхности, а не что-либо другое.
Замерзание при нагреве получилось удалось осуществить следующим образом. Вода оставалась в жидком состоянии при -11? C на протяжении 10 минут (на отрицательно заряженной поверхности). После того, как заряд рассеялся, нагрева комнаты до -8? C оказалось достаточно, чтобы индуцировать положительный заряд на поверхность пироэлектрического кристалла и заморозить воду.
Sartorio
26.10.2019 22:23Иногда, в случае крыши, например сделать угол больше не получится, конструктивно.
Количество энергии затрачиваемое на «отталкивание снежинок», возможно не будет сильно больше, чем вырабатываемое способом указанным в статье, впрочем даже если предположить, что на пару порядков больше, то 20 мВт/кв.м, это сильно меньше одного процента от выработки солнечных панелей при оптимальном их положении.
Соглашусь, так-же с тем, что диффузно рассеянный свет зимой от снежного покрова, в солнечную погоду, на вертикально расположенные панели добавляет, по разным оценкам от 10 до 20 процентов эффективности.
Ну а снег с не вертикально расположенных панелей можно чистить разными способами, например вибрацией, или даже дворниками от жигулей.
vadimk91
27.10.2019 08:36Что снежинки несут электрический заряд, случайно обнаружил еще в детстве. Друг жил в двухэтажном деревянном доме, на крыше которого была коллективная тв антенна. Изначально по стене дома было проложено заземление (обычная стальная проволока), но кто-то его на уровне фундамента оборвал. Так вот, гуляя с другом в морозный метельный день, вдруг получили нехилый разряд от этой стальки, как статический разряд от синтетики, только сильнее, и эта статика там собиралась постоянно.
yavtoroy
27.10.2019 10:12+2Обувь надо дорабатывать. Походил часик по снегу, а потом бьёшь кого-то ногой-шокером под зад)
HellFir-e
28.10.2019 15:55Нет, это надо использовать для бодрости курьерам и людям, которые много ходят.
6-7 вечера ты уставший приходишь домой, расщнуровываешься, а тебя как п… взбодрит. И вот бодрый член семейства уже не уставший и может проводить время с семьёй.
agp88
28.10.2019 10:31Лет десять-пятнадцать назад в журнале «За рулём» читал о разработке учёных, которая работает на похожем принципе. В статье говорилось о том, что у льда есть некий заряд, и если подать на шины автомобиля заряд, противоположный ему по знаку, то они будут буквально прилипать к поверхности, кардинально улучшая управляемость на скользких покрытиях.
KbRadar
Но упав на землю снежинка довольно быстро потеряет свой заряд. А ради 0.2 мВт средней мощности можно поставить фотовольтаику площадью 1 см2 и ионистор, будет намного компактнее и дешевле.
tvr
Но зато не настолько революционно:
«Исследователи из вечно заснеженной Калифорнии, под руководством египтянина (а египтяне, как известно, знают толк в белых мухах), который ещё шесть лет назад изобрёл убийцу батареек, разработали способ получения электроэнергии из снега»
Lazytech
Маленько поправлю: в солнечный день фотовольтаика площадью 1 см2 будет вырабатывать, наверное, 10-20 мВт, т. е. в 50-100 раз бОльшую мощность.
Сам иногда путаюсь в расчетах. Для большей наглядности можно сопоставить солнечную панель площадью 1 м2 и «панель» Snow TENG площадью 1 км2. :)