EON_623

EON EWS n . 623 - OTTOBRE 2018 3 T ERZA P AGINA tori triboelettrici, dispositivi in grado di estrarre l’energia sviluppata dal- la separazione di cariche che origi- na dallo sfregamento (più in gene- rale dal contatto e dalla successiva separazione) di materiali differenti. Dai TEG ai TENG I generatori triboelettrici (TEG) sono dispositivi pensati per con- vertire in energia elettrica non solo i movimenti degli utilizzatori uma- ni, ma anche il movimento delle onde e del vento, le vibrazioni delle macchine e la rotazione dei pneumatici. I progressi nel campo dei nanomateriali e delle nanotec- nologie hanno permesso di crea- re sistemi dalle dimensioni e dai consumi ridottissimi, come i nano- sensori, che richiedono potenze irrisorie per espletare le proprie funzioni. Un generatore triboelet- trico in grado di erogare qualche milliwatt – a sua volta realizzabile con tecniche di nanofabbricazione – risulta essere in grado di alimen- tare sensori ambientali e biologici, nanorobot, MEMS e certe tipolo- gie di dispositivi wearable. Il pri- mo nano-generatore triboelettrico (TENG, TriboElectric Nano Gene- rator) è stato illustrato nel 2012 da I l recupero dell’energia da fonti ambientali, come la radiazione solare, i gradienti di temperatura e varie forme di moto, giocherà un ruolo importante nella realizzazio- ne delle vaste ramificazioni dell’In- ternet delle Cose del prossimo fu- turo. Già oggi tra i sistemi in grado di autoalimentarsi estraendo ener- gia dall’ambiente possiamo trovare biosensori, reti di rilevamento am- bientale, diversi dispositivi dell’e- lettronica indossabile e piccoli apparecchi portatili. In un articolo pubblicato su Advanced Energy Materials lo scorso 25 settembre con il titolo Nature of Power Ge- neration and Output Optimization Criteria for Triboelectric Nanogene- rators , i ricercatori dell’ Advanced Technology Institute dell’Univer- sità del Surrey (Regno Unito) so- stengono che grazie ai progressi nel campo dell’Energy Harvesting ci stiamo avvicinando al punto in cui i dispositivi intelligenti portatili saranno in grado di alimentarsi per mezzo di batterie caricate dall’e- nergia cinetica dell’utilizzatore. A rendere possibile tutto ciò saran- no le nuove generazioni di genera- Zhong Lin Wang e altri ricercatori del Georgia Institute of Techno- logy nell’articolo Flexible Triboe- lectric Generator pubblicato sulla rivista NanoEnergy. La separazio- ne di cariche statiche per effetto del contatto tra le superfici di due materiali polimerici (PET e pelli- cola Kapton), accoppiata all’indu- zione elettrostatica risultante dal movimento degli strati di carica fa sì che questo particolare TENG sviluppi una tensione di 3,3 V con una densità di potenza massima di 10,4 mW/cm 3 . Oltre a un’eleva- ta densità di potenza (per questa tipologia di generatori), il disposi- tivo proposto da Wang offriva nu- merosi altri vantaggi, tra cui alto rendimento, basso costo, sempli- cità di fabbricazione e una flessi- bilità meccanica adatta all’impie- go nei dispositivi wearable. Negli anni a seguire sono state propo- ste numerose migliorie e varianti, tra le quali spicca il TENG a tre strati, illustrato nell’articolo Boo- sted output performance of tribo- electric nanogenerator via electric double layer effect p ubblicato nel 2016 su Nature Communications. Introducendo tra i due materiali dielettrici uno strato intermedio costituito da alluminio ricoperto di nanoparticelle d’oro, i ricerca- tori hanno ottenuto un TENG a tre strati con una densità di po- tenza di 46,8 mW/cm 2 , in grado di erogare una corrente di picco di 1,22 mA quando soggetto a una sollecitazione di 50 newton con una frequenza di 3 Hz. Il ren- dimento di conversione di questo dispositivo è di circa il 22,4%; successivamente altri gruppi di ricerca hanno messo a punto TENG con una densità di potenza di 50 mW/cm 2 e un rendimento di conversione dell’85%. Ottimizzare l’adattamento di potenza Il recente articolo apparso su Advanced Energy Materials ana- lizza le caratteristiche di un tipico TENG a tre strati alla luce della dipendenza temporale della impe- denza elettrica che tale generatore offre al carico. Lo scopo dell’ana- lisi è quello di fornire una migliore comprensione delle caratteristiche che influenzano la conversione dell’energia e il trasferimento di po- tenza così da stabilire delle linee guida per una progettazione sen- sibile di questi dispositivi. Genera- lizzando l’applicazione dei teoremi di Norton e dell’adattamento di po- tenza all’impedenza variabile di un TENG, i ricercatori britannici han- no messo a punto una procedura passo passo che illustra come, variando i parametri del moto, la geometria del dispositivo e la natu- ra dei materiali, si possa ingegne- rizzare il nanogeneratore per otti- mizzare il trasferimento di potenza verso uno specifico carico. I nanogeneratori triboelettrici (TENG) sono dispositivi di energy harvesting con elevati valori di rendimento e densità di potenza M ASSIMO G IUSSANI Nanogeneratori TENG per l’IoT di domani Fonte: University of Surrey