Der sogenannte DB-THG (Triboelektrischer Hydrovoltaik-Generator für Trinkvögel) wird durch die Reibwirkung verschiedener Materialien aus der Bewegung des Vogels Strom gewonnen – man denke nur an das Reiben eines Ballons an einem Pullover, um Ladung aufzubauen.
Angetrieben durch die Kühlwirkung der Wasserverdunstung und die Bewegung einer Flüssigkeit mit niedrigem Siedepunkt innerhalb seines Glasskeletts hat der Vogel eine zweiphasige Wirkung.
Sobald sein Körper horizontal ist und sein Schnabel im Wasser ist, neigt er sich nach hinten und schwingt einige Sekunden lang um die Vertikale, bevor er wieder nach vorne kippt, um seinen Schnabel erneut ins Wasser zu tauchen.
Der Generator (nicht im Foto enthalten – sehen Sie sich diesen Bereich für ein Diagramm an) ist für den Betrieb mit diesen beiden Phasen ausgelegt.
Auf einer stationären isolierten Scheibe neben dem Vogel sind zwei identische benachbarte Kupfersektoren mit einem schmalen Spalt dazwischen montiert, die zusammen etwa 100° der Scheibe einnehmen. Der Spalt ist vertikal ausgerichtet.
An der Achse des Vogels ist ein geladener FEP-Sektor (fluoriertes Ethylenpropylen) mit einem Winkel von 50° befestigt, der gleichmäßig über die beiden Kupfersektoren hin- und herschwingt, während der Vogel oszilliert.
Wenn das Polymer geladen wird, induziert es im Einklang mit der Schwingung abwechselnd Ladung in den Kupfersektoren.
Der äußere Stromkreis ist zwischen den Kupfersektoren angeschlossen und wird daher mit Wechselstrom in der Vogelfrequenz versorgt.
Woher kommt die Gebühr des FEP-Sektors?
Die Arbeitsladung wird triboelektrisch im FEP-Sektor akkumuliert, während der Vogel beim regelmäßigen Eintauchen des Vogels in den Wasserbehälter sanft an einem Pad aus Polypropylen-Flaum vorbeistreicht – der Flaum haftet am Rand eines der Kupfersektoren und vervollständigt so den triboelektrischen Ladekreislauf '.
Da der Generator weniger als einen Halbkreis einnimmt, wurde ein zweiter Generator auf der anderen Hälfte der stationären isolierten Scheibe gebaut, dann wurde das Ganze auf der anderen Seite des Vogels dupliziert, sodass insgesamt vier Generatoren entstanden, die parallel verdrahtet waren.
Im Betrieb pulsiert der Ausgang des Quad-Generators auf einen Spitzenwert von ~200 nA, und dieser Wert bleibt bis zu Lasten von ~100 MΩ konstant, aber bei Lasten unter ~20 MΩ wird der Generator durch seine Last effektiv kurzgeschlossen und die Leistungsabgabe ist nahezu Null.
Allerdings steigt die Leistung oberhalb dieses Widerstands an und erreicht bei 30 μW einen Spitzenwert von 3–5 GΩ.
Anstelle einer ohmschen Ladung kann der Generator auch a laden Kondensator, 1μF auf 10V in 200s bringen.
Da der Vogel durch die Verdunstung von Wasser angetrieben wird, ist das System von der Umgebungstemperatur und Luftfeuchtigkeit abhängig. Die Forscher untersuchten die Auswirkungen beider und entwarfen einen Schnabel-Tauchzisternenkasten, der unerwünschte Verdunstung minimiert.
Es ist ihnen zu verdanken, dass sie einen Messwert für den Wasserverbrauch entwickelt und ihr DB-THG mit einer Spitzenwirksamkeit von 6 J/Liter bewertet haben.
Bei Demonstrationen versorgte es gleichzeitig einen Taschenrechner, einen Temperatursensor oder 20 kleine Einzelsegment-LCDs mit Strom.
„Der triboelektrische Hydrovoltaikgenerator von Drinking Bird bietet eine einzigartige Möglichkeit, kleine Elektronikgeräte unter Umgebungsbedingungen mit Strom zu versorgen und dabei Wasser als leicht verfügbare Brennstoffquelle zu nutzen“, sagte Teammitglied Professor Hao Wu von der South China University Technologie „Ich bin immer noch überrascht und aufgeregt, wenn ich die tatsächlichen Ergebnisse sehe.“
Die South China University of Technology arbeitete mit der Hong Kong Polytechnic University und der City University of Hong Kong zusammen.
Ihre Ergebnisse werden unter dem Titel „Drinking-bird-enabled triboelectric hydrovoltaic generator“ in der Zeitschrift Device veröffentlicht – der Artikel ist frei zugänglich und ein unterhaltsames Durchblättern. Nutzen Sie das Zusatzmaterial zum Laden von Diagrammen und vielem mehr.
Außerdem wies das Team darauf hin, dass es sich nicht um den ersten Tauchvogelgenerator handelt, und beruft sich auf frühere Magnetkonstruktionen.