降雪から静電気を収穫する革新デバイスで再生可能電力を生成

降雪地域では、風力タービンや太陽光などグリーンな再生可能電源へのアクセスが困難です。日照時間短縮、長期曇天、零下気温、積雪など極端な気象条件が発電に影響します。

こうした地域気象条件を利用した代替技術もありますが、一般的な気象センサー・観測ステーションには、極端環境での動作能力、複雑な設計、コスト、持続可能な電源必要性など多くの制限があります。

カリフォルニア大学ロサンゼルス校（UCLA）の研究者たちが、降雪から電力を生成する新デバイスを開発。安価で史上初、プラスチックシートのように柔軟なデバイスです。

雪ベース摩擦帯電ナノ発電機

この賢いデバイスは、降雪量、雪の方向、風速を調べられます。ナノ発電機は静電気で電荷を生み、電子交換でエネルギーを生成します。

物質同士が相互作用すると、一方が電子を捕獲し、他方が電子を放出。こうして電荷を分離し静電気を生成します。

この場合、雪は正電荷を帯び電子を放出しやすい。研究チームは合成ゴム様材料（シリコーン）を使用。酸素・シリコン原子に水素・炭素等を含み、負電荷を帯びるため、雪と接触すると電荷が生じ、デバイスが捕獲して電力を生成します。

Reference: Science Direct | DOI:10.1016/j.nanoen.2019.03.032 | UCLA

この低コスト3Dプリントデバイスは、シリコーンシートと電荷捕獲用電極で構成。シリコーンは医療用インプラントから電線絶縁まで幅広い製品で広く使用されており、入手容易で製造しやすいです。

最高性能のため、材料は可能な限り多くの電子を集められる必要があります。様々な材料をテストし、シリコーンがテフロンやアルミ箔より多くの電荷を生成することを発見。

具体的には、0.2 mW/m²の電力密度、最大8Vの開放電圧を生成可能。従来の太陽電池と統合すれば、降雪条件下でも継続的な電力供給が可能になります。

ナノ発電機はスキーなどウィンタースポーツを正確にモニタリングし、ジャンプ・走行・歩行時のアスリートパフォーマンスを向上。スマートウォッチでは検出できないクロスカントリースキーの主要動作パターンも特定可能。

次世代自己給電ウェアラブルデバイスがアスリートパフォーマンスをより良く追跡し、行進・ジャンプ・歩行・走行を判別するのに役立ちます。

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