par Alexandra Freibot

Les tsunamis, les ouragans et la météo marine sont surveillés à l’aide de capteurs et d’autres dispositifs installés sur des plates-formes dans l’océan pour aider à assurer la sécurité des communautés côtières – jusqu’à ce que les batteries de ces plates-formes soient épuisées. Sans électricité, les capteurs océaniques ne peuvent pas collecter de données critiques sur les vagues et la météo, ce qui entraîne des problèmes de sécurité pour les communautés côtières qui dépendent d’informations météorologiques marines précises. Le remplacement des batteries en mer coûte également cher. Et si tout cela pouvait être évité en faisant fonctionner indéfiniment des appareils à partir de l’énergie des vagues océaniques ?

Laboratoire national du nord-ouest du Pacifique (PNNL) Les chercheurs s’efforcent d’en faire une réalité en développant un nouveau nanogénérateur cylindrique de génération de nanoélectricité (TENG) – une petite centrale électrique qui convertit l’énergie des vagues en électricité pour alimenter des appareils en mer. Des versions plus grandes de ce générateur peuvent être utilisées pour alimenter les systèmes de surveillance et de communication des océans, y compris la télémétrie acoustique et par satellite.

« Les Tengs sont peu coûteux, légers et peuvent convertir efficacement des ondes lentes, régulières ou aléatoires en énergie, ce qui les rend particulièrement adaptés pour faire fonctionner des appareils en haute mer où la surveillance et l’accès sont difficiles et coûteux », a-t-il expliqué. Daniel DingFellow du Laboratoire PNNL et co-développeur du nouveau dispositif TENG.

Ding et son équipe ont adopté une nouvelle approche pour développer des tourelles cylindriques à utiliser en haute mer. Leurs brevets sont en instance Nanogénérateur triboélectrique cylindrique à doublement de fréquence FMC-TENG utilise des aimants soigneusement positionnés pour convertir l’énergie plus efficacement que les autres TENG cylindriques et mieux convertir les ondes lentes et uniformes en électricité. Jusqu’à présent, le prototype FMC-TENG a été capable de produire suffisamment d’électricité pour alimenter un émetteur acoustique – un type de capteur souvent inclus sur les plateformes de surveillance des océans qui peut être utilisé pour les communications. C’est la même quantité d’électricité qu’une ampoule LED consomme.

« Nous développons le FMC-TENG pour tout alimenter, des plates-formes de surveillance océanique multi-capteurs aux communications par satellite, utilisant toutes la puissance de l’océan », a déclaré Ding.

Fausse fourrure, aimants et ondes pour l’énergie

Si vous avez déjà été choqué par l’électricité statique, vous avez personnellement ressenti l’effet du frottement électrostatique – le même effet que les chercheurs du FMC-TENG utilisent pour produire de l’énergie. Le TENG cylindrique se compose de deux cylindres qui se chevauchent, le cylindre intérieur tournant librement. Entre les deux cylindres se trouvent des bandes de fausse fourrure, des électrodes en aluminium et une substance semblable au téflon appelée éthylène propylène fluoré (FEP). Lorsque le TENG roule à la surface d’une vague océanique, les électrodes en fourrure artificielle et en aluminium d’un cylindre frottent contre le matériau FEP de l’autre cylindre, créant de l’électricité statique qui peut être convertie en énergie.

Plus le cylindre TENG se déplace loin, plus il génère de puissance. C’est pourquoi les vagues rapides et fréquentes peuvent générer plus d’énergie que les vagues plus lentes et plus uniformes en haute mer. Pour trouver un TENG qui pourrait alimenter l’électronique en pleine mer, Deng et son équipe ont entrepris d’augmenter la quantité d’énergie des vagues convertie en électricité dans le FMC-TENG. La clé s’est avérée interrompre le mouvement du cylindre intérieur du FMC-TENG.

Dans le FMC-TENG, l’équipe a placé des aimants pour empêcher le cylindre interne de l’appareil de tourner jusqu’à ce qu’il atteigne la crête de la vague, lui permettant d’accumuler de plus en plus d’énergie potentielle. A l’approche de la crête de la vague, l’aimant est relâché et le cylindre intérieur commence à rouler très rapidement sur la vague. Un mouvement plus rapide produit de l’électricité plus efficacement, générant plus de puissance qu’une onde plus lente.

Convertisseur d’énergie des vagues pour l’océan ouvert

Actuellement, le prototype FMC-TENG peut produire suffisamment d’énergie pour alimenter de petits appareils électroniques, tels que des capteurs de température et des émetteurs audio. Alors que l’équipe reproduit sa conception à des fins commerciales, le FMC-TENG devrait produire suffisamment d’énergie pour alimenter une plate-forme complète de surveillance de l’océan ouvert composée de plusieurs capteurs et de communications par satellite. De plus, le FMC-TENG est léger et peut être utilisé à la fois dans des dispositifs flottants libres et des plates-formes amarrées.

« Le FMC-TENG est unique car il existe très peu de convertisseurs d’énergie des vagues aussi efficaces et capables de générer une puissance importante à partir des vagues océaniques à basse fréquence », a déclaré Ding. « Ce type de générateur pourrait alimenter des bouées intégrées avec des réseaux de capteurs pour suivre les données sur l’eau, le vent et le climat en pleine mer en utilisant entièrement l’énergie océanique renouvelable. »

Cette recherche a été financée par le ministère de l’Énergie Bureau des technologies hydroélectriques à travers Programme de semis et semis d’énergie marine Et publié dans le magazine nano énergie. En plus de Deng, l’équipe de recherche comprenait PNNL Hyunjun JungEt Football Habilo OroEt Aljon SalalilaEt Marsobin Sallela.

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À propos du PNNL

Laboratoire national du nord-ouest du Pacifique Elle s’appuie sur sa force distinctive dans chimieEt géologieEt Biologie Et Science des données Pour faire progresser les connaissances scientifiques et relever les défis l’énergie durable Et la sécurité nationale. Fondé en 1965, le PNNL est administré par Battelle pour le Bureau des sciences du Département de l’énergie et est le plus grand soutien de la recherche fondamentale en sciences physiques aux États-Unis. Le Bureau des sciences du ministère de l’Énergie s’emploie à relever certains des défis les plus urgents de notre époque. Pour plus d’informations, visitez https://energy.gov/science. Pour plus d’informations sur PNNL, visitez Centre d’actualités PNNL. Suivez nous TwitterEt FacebookEt LinkedIn Et Instagram.

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