Une équipe de chercheurs de l’université d’Alabama a démontré qu’un ruban adhésif bon marché peut être utilisé pour fabriquer un nanogénérateur triboélectrique (TENG) capable de capter l’énergie électrique de diverses sources, notamment les mouvements humains et les conditions environnementales, pour alimenter de petits dispositifs tels que des biocapteurs portables. Les TENG convertissent l’énergie mécanique, telle que la friction ou le mouvement, en électricité en utilisant l’effet triboélectrique, un phénomène qui implique le transfert d’une charge entre deux matériaux en contact l’un avec l’autre en générant une tension lorsque les matériaux sont séparés.
Cette dernière avancée, dirigée par Moonhyung Jang, chercheur à Huntsville (UAH), qui fait partie du système de l’université d’Alabama, et Gang Wang, professeur associé au College of Engineering, s’appuie sur les recherches antérieures de l’équipe. Dans l’étude précédente, l’équipe avait empilé des couches de ruban adhésif double face, de film plastique et d’aluminium pour former un TENG efficace et peu coûteux. Lorsque les couches de ruban adhésif étaient pressées l’une contre l’autre et séparées, une petite quantité d’électricité était produite. Mais l’adhésivité du ruban s’est avérée problématique, car il fallait beaucoup de force pour détacher les couches.
Pour le TENG amélioré, les chercheurs ont remplacé le ruban double face par des couches de ruban simple face plus épais, où l’énergie est générée par l’interaction entre le support en polypropylène du ruban et la couche adhésive acrylique. Les surfaces lisses se collent et se décollent facilement les unes des autres, ce qui permet de connecter et de déconnecter rapidement le nouveau TENG, générant ainsi plus d’énergie en moins de temps qu’auparavant. Cela a été rendu possible en plaçant le TENG sur une plaque vibrante qui a fait rebondir les couches de ruban adhésif l’une contre l’autre, produisant de l’électricité lorsqu’elles entraient en contact et se séparaient de manière répétée.
« Je voulais essayer différents types de ruban Scotch™ pour voir s’ils fourniraient une quantité d’énergie compatible avec celle du ruban double face », déclare Moonhyung Jang. « Après avoir essayé diverses combinaisons, nous avons pu générer une puissance encore plus élevée. De plus, comme le contact et la séparation ne se produisent que sur des surfaces lisses avec le nouveau TENG, nous n’avons plus à nous soucier des surfaces collantes du ruban double-face. Il peut donc fonctionner à des fréquences très élevées, jusqu’à 300 Hz ».
Le nouvel appareil produit une puissance maximale de 53 milliwatts, suffisante pour allumer 350 lampes LED ainsi qu’un pointeur laser. L’équipe a également intégré le TENG amélioré dans deux capteurs : un capteur acoustique pour les ondes sonores et un biocapteur portable auto-alimenté pour détecter les mouvements du bras, ce qui conduit à des dispositifs qui mesurent l’activation des muscles humains pour prévenir les blessures et améliorer les performances athlétiques.
Le projet a été soutenu en partie par le Charger Innovation Fund de l’UAH, ainsi que par les efforts d’un certain nombre de professeurs et d’étudiants de l’UAH. « Abdelkader Frendi, professeur de mécanique et d’aérospatiale (MAE) et expert en recherche acoustique, Ryan Conners, président et professeur associé du département de kinésiologie et expert en physiologie de l’exercice, Yu Lei, président et professeur associé du département de génie chimique, et Sean Rabbitte, étudiant de premier cycle en MAE et ingénieur système chez Lockheed, qui a contribué à la conception du collecteur d’énergie basé sur les vibrations ».
Pour l’avenir, l’équipe de l’UAH dispose déjà d’un plan pour les dispositifs TENG.
« Nous poursuivrons nos recherches sur diverses applications et conceptions. Nous avons soumis une divulgation sur la récolte d’énergie et les biocapteurs portables. Une demande de brevet sera bientôt déposée », ajoute M. Jang. « Nous travaillons également sur la divulgation d’un capteur de son. L’un des plus grands défis des dispositifs TENG est leur faible fréquence de fonctionnement (<5Hz). Notre conception démontre un fonctionnement jusqu’à 300 Hz, ce qui constitue une amélioration significative par rapport aux conceptions existantes. En outre, le fait de générer plus d’énergie à partir de l’environnement permettra d’élargir la gamme des applications. Actuellement, le TENG n’est utile que pour les applications de détection. S’il pouvait produire plus d’énergie, il pourrait être utile à d’autres fins, comme le chargement de batteries ».
Article : « Wide Bandwidth High-Power Triboelectric Energy Harvesting by Scotch Tape » – DOI : 10.1021/acsomega.4c08590
