Dispositif innovant récupère l'électricité statique de la neige qui tombe pour l'énergie renouvelable

Des chercheurs construisent le premier dispositif de son genre pour générer de l'électricité statique à partir de la neige qui tombe. Il peut être intégré aux panneaux solaires pour obtenir une alimentation électrique continue dans des conditions enneigées. Il fonctionne également comme un capteur auto-alimenté pour surveiller la direction du vent et le taux de chute de neige.

Dans les zones de chutes de neige, il est assez difficile d'accéder à des sources d'énergie verte et renouvelables, telles que les éoliennes et l'énergie solaire. Des conditions météorologiques extrêmes comme de courtes périodes de jour, une couverture nuageuse prolongée, des températures sous zéro et une accumulation de neige importante peuvent affecter la production d'énergie.

Plusieurs techniques alternatives exploitent de telles conditions météorologiques locales et fournissent une stratégie de production d'énergie plus viable. Cependant, les capteurs météorologiques et stations météo usuels ont de nombreuses limitations, par exemple leur capacité à fonctionner dans de tels environnements extrêmes, leur conception complexe, leur coût et leur besoin d'une source d'énergie durable pour fonctionner efficacement.

Récemment, des chercheurs de l'Université de Californie, Los Angeles, ont développé un nouveau dispositif capable de générer de l'électricité à partir de la neige qui tombe. C'est un dispositif premier du genre, peu coûteux, flexible comme une feuille de plastique.

Nanogénérateur triboélectrique basé sur la neige

Cet appareil ingénieux peut examiner la quantité de neige qui tombe, la direction de la neige, ainsi que la vitesse du vent. Le nanogénérateur crée une charge par l'électricité statique, et génère de l'énergie via l'échange d'électrons.

Lorsqu'un matériau interagit avec un autre, il capture des électrons tandis que l'autre en cède. C'est ainsi qu'on peut séparer les charges et générer de l'électricité statique.

Dans ce cas, la neige contient des charges positives et est prête à céder des électrons. L'équipe de recherche a utilisé un matériau synthétique caoutchouteux (silicone) qui consiste en des atomes d'oxygène et de silicium, ainsi que de l'hydrogène, du carbone et d'autres éléments. Puisque ce matériau contient des charges négatives, quand il entre en contact avec la neige, il crée une charge qui est capturée par le dispositif pour produire de l'électricité.

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

Ce dispositif peu coûteux, imprimé en 3D, est composé d'une feuille de silicone et d'une électrode pour capturer la charge. Il est facile à fabriquer en raison de la large disponibilité du silicone, qui est largement utilisé dans une vaste gamme de produits, des implants biomédicaux à l'isolation des fils électriques.

Pour une performance optimale, le matériau doit être capable de collecter le plus d'électrons possible. Les chercheurs ont testé divers matériaux pour ce travail et découvert que le silicone génère plus de charge que d'autres matériaux, comme le Téflon et les feuilles d'aluminium.

Plus spécifiquement, le dispositif peut générer une densité de puissance de 0,2 mW/m², et une tension en circuit ouvert jusqu'à 8V. Il peut être intégré aux panneaux solaires conventionnels pour obtenir une alimentation électrique continue dans des conditions enneigées.

Autres utilisations

Le nanogénérateur peut surveiller avec précision les sports d'hiver comme le ski et améliorer la performance des athlètes lorsqu'ils sautent, courent ou marchent. Il peut également identifier des paramètres qui ne peuvent pas être détectés avec une montre intelligente, tels que les principaux motifs de mouvement utilisés en ski de fond.

Il pourrait aider la prochaine génération de dispositifs portables auto-alimentés à mieux suivre les performances des athlètes, et montrer s'ils marchent, sautent, courent ou marchent.