PROGRESE RECENTE ÎN CONVERSIA ENERGIEI VIBRAȚIILOR AMBIENTALE CU NANOGENERATOARE TRIBOELECTRICE

Rezumat

Dezvoltarea accelerată actuală a dispozitivelor electronice portabile și a internetului lucrurilor (IoT) necesită surse autonome eficiente de energie electrică. Se estimează că, până la sfârșitul anului 2025, numărul dispozitivelor electronice conectate la internet va fi în jur de 70 de miliarde. Acest fapt va determina o creștere însemnată a cererilor de surse autonome de energie electrică, cu deosebire a surselor autonome durabile, bazate pe conversia energiilor ambientale în energie electrică. Una din energiile ambientale accesibilă aproape peste tot este energia cinetică. Această energie este furnizată de diverse surse cum ar fi vibrațiile diferitelor obiecte, mișcarea umană, mișcarea valurilor, picăturile de ploaie, adierea vântului, undele acustice ș.a. Frecvența majorității surselor disponibile de energie vibrațională se află în intervalul 50-200 Hz. Convertoarele actuale de energii vibraționale bazate pe efectul piezoelectric sau pe efectul inducției electromagnetice au structuri relativ complicate și au o eficiență scăzută în domeniul frecvențelor joase, ceea ce limitează aplicațiile lor. Aceste dezavantaje sunt depășite de convertoarele triboelectrice care permit colectarea unei varietăți largi de energie cinetică.

Generatoarele triboelectrice reprezintă o tehnologie promițătoare de realizare a unor surse regenerabile de energie. Până în prezent, ele sunt folosite cu succes pentru alimentarea senzorilor utilizați în rețelele de internet al lucrurilor și pentru alimentarea multor dispozitive electronice portabile, datorită diferitelor lor merite cum ar fi greutatea redusă și costul redus și, mai ales, a capacității de a converti eficient energia cinetică a unei mari varietăți de surse vibraționale ambientale.

Acest articol oferă o analiză cuprinzătoare a generatoarelor triboelectrice, cu prezentarea mecanismelor lor de funcționare, a materialelor utilizate și a configurațiilor structurale dedicate diverselor lor aplicații. Sunt prezentate, de asemenea, mai multe exemple de utilizare în domeniul colectării energiei valurilor, a energiei eoliene, a undelor acustice, în domeniul biomedical, în robotică, în transporturi, în agricultura inteligentă ș.a.