Des chercheurs conçoivent un nanogénérateur de mastic calcaire pour récupérer l'énergie des mouvements quotidiens afin d'alimenter de petits appareils

Des chercheurs de l'Université d'Alabama à Huntsville (UAH) ont créé un nouveau type de nanogénérateur triboélectrique (TENG) qui produit de l'électricité grâce à l'utilisation de mastic calcaire, promettant des économies considérables par rapport aux méthodes de fabrication conventionnelles.

Inventés en 2012, les TENG sont de petits appareils qui convertissent l'énergie mécanique ou thermique en électricité pour être utilisés dans de petits appareils autonomes sans fil comme ceux de l'électronique portable, de la surveillance de l'état et des réseaux de capteurs sans fil. Citons par exemple les implants de moniteurs cardiaques, les transpondeurs à biopuces pour animaux de ferme ou les capteurs qui alertent le conducteur lorsque la pression des pneus est basse.

Les TENG récoltent de l'énergie pour ces appareils en transférant une charge électrique entre deux objets lorsqu'ils entrent en contact ou glissent l'un contre l'autre, par le biais de mouvements tels que la marche, les vibrations, la rotation des pneus, le vent ou l'eau qui coule, le tout avec très peu d'impact sur l'environnement.

Par rapport aux TENG existants, qui utilisent des méthodes de fabrication coûteuses basées sur la nanotechnologie, la percée de l'UAH est un nouveau type de TENG qui utilise des matériaux « collants » comme du ruban adhésif double face ou du mastic calcaire pour générer une charge, ce qui le rend beaucoup plus rentable. et plus simple à construire.

“Les TENG traditionnels nécessitent une fabrication basée sur la nanotechnologie et d'autres équipements spéciaux”, souligne le Dr Gang Wang, professeur agrégé de génie mécanique et aérospatial à l'UAH, qui fait partie du système de l'Université d'Alabama. “Seules des compétences de niveau artisanal sont nécessaires pour construire notre récolteur d'énergie triboélectrique.”

La percée est détaillée dans un article publié dans la revue ACS Oméga. Les co-auteurs de Wang à l'UAH comprennent le Dr Moonhyung Jang, assistant de recherche postdoctoral, Sean P. Rabbitte, assistant de recherche de premier cycle, et le Dr Yu Lei, président et professeur agrégé de génie chimique et des matériaux.

La recherche fait partie du programme SBIR (Small Business Innovation Research) du ministère de la Défense (DOD), une initiative qui soutient des contrats ou des subventions financés par le gouvernement qui encouragent les petites entreprises nationales à s'engager dans des projets fédéraux de recherche et de développement ayant un potentiel de commercialisation.

“Notre partenaire industriel est Materials Sciences, LLC, et le Dr Simon Chung est le chef de projet”, explique Wang. “Nous avons déjà déposé un brevet pour la conception de récupération d'énergie triboélectrique utilisant des couches adhésives.”

La nouvelle application par UAH d'un mastic de montage à base de calcaire, ainsi que d'une feuille de polyester métallisée, étend également la bande passante de fréquence opérationnelle par rapport aux TENG existants. Ceci est important, car certaines petites applications de récupération d’énergie, telles que la surveillance de la santé et les systèmes d’exosquelettes portables, nécessitent une bande passante de fréquence plus large pour collecter l’énergie du mouvement humain.

“Les TENG typiques à séparation de contact fonctionnent à une fréquence inférieure à 10 Hz”, note Wang. “Cependant, nous sommes en mesure d'étendre la bande passante jusqu'à 80 Hz en introduisant ces couches triboélectriques dans une conception de récupération d'énergie basée sur les vibrations. Après la démonstration réussie de la conception TENG utilisant du ruban adhésif double face, nous avons commencé à explorer des matériaux moins collants pour une séparation plus facile des matériaux. C'est ainsi que nous avons eu l'idée d'utiliser un mastic à base de calcaire.”

Les chercheurs de l'UAH envisagent de futures recherches sur les générateurs à base de mastic pour explorer l'efficacité de différents minéraux tels que le marbre, le grès et le sol lunaire.