Добывать энергию ветра там, где он еле дует, — задача не из простых. Обычные электромагнитные генераторы часто оказываются неэффективными и дорогими в обслуживании.

Группа ученых-материаловедов под руководством профессора Дин Нана из Университета Внутренней Монголии нашла оригинальное решение — они представили RS-TENG, новый тип роторного трибоэлектрического наногенератора. Его секрет в особых механических переключателях. Они резко усиливают ток во время вращения, что значительно повышает мощность устройства. Эта хитроумная конструкция решает главную проблему — слабый ток при низкой скорости ветра. Теперь можно питать энергией маломощную электронику даже в самых отдаленных уголках.

Трибоэлектрический наногенератор (ТЭНГ) — это устройство, которое генерирует электрический ток за счет трения двух разных материалов. Принцип тот же, что при расчесывании сухих волос пластиковой расческой, после чего они начинают притягиваться. В ТЭНГе это контролируемый процесс: материалы входят в контакт и разъединяются, создавая разность потенциалов и заставляя заряды течь в электрической цепи, питая устройство.

Результаты своей работы команда опубликовала в журнале Energy Materials and Devices.

RS-TENG вращается с постоянной скоростью, но выдает мгновенный ток в 3.2 раза сильнее, чем аналоги без переключателей. Он также реагирует на 89% быстрее, что гарантирует высокий КПД. При слабом ветре в 2 метра в секунду его удельная мощность достигает 10.4 мВт·м⁻²·м⁻¹·с. Все благодаря продуманной конструкции:

• Ветровые чашки: эффективно улавливают даже слабые потоки воздуха.
• Интегрированные материалы: специально подобранные слои генерируют заряд при трении.

Такая схема резко увеличивает как силу тока, так и количество переносимого заряда. Устройство уже доказало свою силу, зажигая до 413 коммерческих светодиодов одновременно. Оно стабильно работает при ветре от 4 м/с, питая цифровые термометры и беспроводные передатчики. Это исследование открывает новые пути для получения энергии там, где раньше это считалось нерентабельным, и делает ветряную энергетику доступнее и устойчивее.

Реальная польза этой разработки — в ее адресности. Она не заменит промышленные ветряки, но идеально ложится в нишу распределенной и автономной энергетики. Представьте датчики на полях, метеостанции в горах или системы мониторинга в заповедниках, где нет и никогда не будет линий электропередач. Такие устройства требуют мизерной, но стабильной мощности. RS-TENG может стать их вечным, не требующим топлива и сложного обслуживания, источником энергии. Это снизит стоимость и увеличит автономность целого класса критически важной для науки, сельского хозяйства и охраны природы инфраструктуры.

Основной вопрос к подобным разработкам — переход от лабораторного прототипа к серийному устройству, способному годами работать в реальных условиях. В исследовании не затрагиваются темы долговечности трибоэлектрических материалов при постоянном механическом контакте, влияния пыли, влаги и перепадов температур на работу переключателей. Без данных о ресурсоемкости производства и реальных испытаний в полевых условиях трудно оценить экономическую целесообразность и срок службы технологии.

Ранее ученые разработали датчик из бумаги, которому не нужны батарейки.