Ce diagramme montre à quoi pourraient ressembler ces panneaux D-TENG. Il illustre également comment la structure en pont, lorsqu’elle est combinée avec les électrodes inférieures, peut conduire à un stockage d’énergie amélioré. Crédit : iEnergy, Presse de l’Université Tsinghua
Lorsque des gouttelettes de pluie descendent des nuages, elles génèrent une petite quantité d’énergie qui peut être captée et convertie en électricité. Ce processus peut être considéré comme une forme miniaturisée d’hydroélectricité, qui utilise la force cinétique de l’eau en mouvement pour produire de l’électricité. Plusieurs chercheurs ont suggéré que l’énergie recueillie à partir des chutes de pluie pourrait servir de source viable d’énergie durable et propre. Cependant, l’expansion de cette technologie à plus grande échelle s’est avérée difficile, limitant ainsi son utilisation pratique.
Pour collecter l’énergie des gouttes de pluie, il a été démontré qu’un dispositif appelé nanogénérateur triboélectrique (TENG), qui utilise l’électrification par contact liquide-solide, récupère avec succès l’électricité des gouttes de pluie. Cette technologie récolte également avec succès l’énergie des vagues et d’autres formes de production d’énergie triboélectrique liquide-solide.
Cependant, les TENG à base de gouttelettes (D-TENG) ont une limitation technique de connecter plus d’un de ces panneaux ensemble, ce qui réduit la puissance de sortie globale. Un article récemment publié explique comment la modélisation des panneaux D-TENG après les panneaux solaires rend la récolte de l’énergie des gouttes de pluie plus efficace, élargissant son application.
L’article a été publié dans la revue iÉnergie le 29 juin.
« Bien que les D-TENG aient une puissance de sortie instantanée ultra-élevée, il est toujours difficile pour un seul D-TENG d’alimenter en continu des équipements électriques de niveau mégawatt. Par conséquent, il est très important de réaliser l’utilisation simultanée de plusieurs D-TENG », a déclaré Zong Li, professeur à la Tsinghua Shenzhen International Graduate School de l’Université Tsinghua de Shenzhen, en Chine. « En se référant à la conception de panneaux solaires dans lesquels plusieurs unités de production d’énergie solaire sont connectées en parallèle pour alimenter la charge, nous proposons une méthode simple et efficace pour la récupération de l’énergie des gouttes de pluie. »
Lorsque plusieurs D-TENG sont connectés, il existe une capacité de couplage involontaire entre l’électrode supérieure et l’électrode inférieure des panneaux. Cette capacité de couplage involontaire réduit la puissance de sortie des réseaux D-TENG. Pour réduire l’effet de ce problème, les chercheurs ont proposé des générateurs de réseau en pont, qui utilisent des électrodes inférieures de réseau pour réduire l’influence de la capacité.
Lorsque les gouttes de pluie tombent sur la surface du panneau, un processus appelé triboélectrification produit et stocke l’énergie de la pluie. Lorsque la gouttelette tombe sur la surface du panneau, appelée surface FEP, la gouttelette devient chargée positivement et la surface FEP chargée négativement. « La quantité de charge générée par chaque gouttelette est faible et la charge de surface sur le FEP se dissipera progressivement. Après une longue période à la surface, les charges sur la surface du FEP s’accumuleront progressivement jusqu’à saturation », a déclaré Li. « À ce stade, le taux de dissipation de la charge de surface du FEP est équilibré avec la quantité de charge générée par chaque impact de la gouttelette. »
Afin de démontrer le succès des générateurs de réseau en pont avec les électrodes inférieures du réseau, le D-TENG conventionnel a été comparé aux générateurs de réseau en pont. Les chercheurs ont également comparé les performances des générateurs de réseau de ponts avec différentes tailles de sous-électrodes. L’épaisseur des panneaux a également été étudiée pour voir si cela avait un effet sur une éventuelle perte de puissance. L’augmentation de l’épaisseur de surface du FEP entraîne une diminution de la capacité de couplage tout en maintenant la densité de charge de surface, ce qui pourrait améliorer les performances du générateur de réseau en pont.
Lorsque des générateurs de réseau de ponts ont été développés pour la collecte d’énergie des gouttes de pluie et ont utilisé des électrodes inférieures de réseau et des structures de reflux de pont, les panneaux de collecte de gouttes de pluie pouvaient être indépendants les uns des autres. Cela signifie que la perte de puissance involontaire pourrait être réduite. « La puissance de sortie maximale des générateurs de réseau de ponts est près de 5 fois supérieure à celle de l’énergie conventionnelle des gouttes de pluie à grande surface de même taille, atteignant 200 watts par mètre carré, ce qui montre pleinement ses avantages dans la récupération d’énergie des gouttes de pluie à grande surface. Les résultats de cette étude fourniront un schéma réalisable pour la récupération de l’énergie des gouttes de pluie sur une grande surface », a déclaré Li.
Parmi les autres contributeurs figurent Bin Cao et Liming Wang de la Tsinghua Shenzhen International Graduate School de l’Université Tsinghua ; Zhonghao Zhang de l’Institut de recherche sur l’énergie électrique de Chine à Pékin ; et Zhong Lin Wang de l’Institut de la nanoénergie et des nanosystèmes de Pékin à l’Académie chinoise des sciences à Pékin.
La Fondation nationale des sciences naturelles de Chine (52007095) a financé cette recherche.
