Stroom opwekken met papier? Zo werkt het...
Onderzoekers uit Amerika en China hebben een soort papier ontwikkeld waarmee elektriciteit kan worden opgewekt. Hoe werkt het en waar kan het voor gebruikt worden?
Het zogenaamde nanopapier bestaat uit cellulosevezels die slechts enkele nanometers dik zijn - veel dunner dan de vezels in gewoon papier die een doorsnede hebben van een micrometer. Vanwege deze structuur is nanopapier transparant en zo glad als plastic. Lees ook: 7 milieubewuste iPhone-accessoires.
Omdat het materiaal zo dun is, kan het gebruikt worden als drager voor elektronische circuits. Een bijkomend voordeel is dat het uiterst licht, flexibel, recyclebaar en goedkoop is.
Er is al veel met nanopapier geëxperimenteerd, maar voor het eerst zijn onderzoekers erin geslaagd om zonder een externe stroombron energie op te wekken. Hierbij wordt mechanische energie (zoals wanneer er op het nanopapier gedrukt wordt) omgezet in elektrische energie.
Hoe werkt het?
Om dit voor elkaar te krijgen worden twee vellen nanopapier bedekt met koolstof nanobuisjes om als elektrodenpaar te kunnen dienen. Eén van de met nanobuisjes bedekte vellen wordt bedekt met een 30 micrometer dikke laag polyethyleen. Het polyethyleen wordt vervolgens blootgesteld aan een elektrisch veld met een hoge spanning, waardoor het extra elektronen krijgt. Hierdoor ontstaat er een negatieve lading.
Door het met nanobuisjes en polyethyleen gecoate nanopapier herhaaldelijk in te drukken en los te laten kan er stroom worden opgewekt.
Vervolgens worden de randen van de twee vellen papier tegen elkaar gedrukt. Hierdoor komt het polyethyleen samen met een klein laagje lucht tussen de twee vellen te zitten. Op deze manier worden er naast het polyethyleen evenwichtige positieve ladingen verkregen op de oppervlakken die met nanobuisjes bedekt zijn.
De generator werkt door middel van elektrostatische inductie. Als je erop drukt, komt de met polyethyleen bedekte electrode dichter in de buurt van de andere electrode waardoor de laatste een hogere positieve lading krijgt.
Deze verandering in ladingsevenwicht tussen de nanobuis electroden brengt elektrische stroom in het apparaat teweeg. Als de druk verdwijnt, vloeien de elektronen terug naar hun oorspronkelijke positie, waardoor herhaald drukken en loslaten continue energie opwekt.
Met het apparaat kon gedurende meer dan 54.000 cycli van indrukken en loslaten een constante stroom energie worden opgewekt. Het herhaaldelijk indrukken van een generator van 2 x 2 centimeter produceerde voldoende stroom om een klein LCD-scherm te doen oplichten.
Toepassingen
Schematisch diagram voor (a) transparant papieren antidiefstalsysteem voor kunst en (b) transparant papieren antivervalsingsysteem met smart mapping.
Omdat het materiaal doorzichtig is zou het goed kunnen dienen als antidiefstal of antivervalsing voor documenten zoals geboorteaktes en testamenten, waardevolle kunstwerken en verpakkingen van dure spullen. Zodra iemand het gecoate object aanraakt kan er automatisch een alarm getriggerd worden.
Bovendien kan de technologie gebruikt worden om boeken, speelgoed en dergelijke interactief te maken omdat het door je vinger wordt aangedreven.