Pieter Edelman
9 April 2014

Mesa+-onderzoekers hebben een elektrostatische generator ontworpen gebaseerd op waterdruppeltjes die met 48 procent een zeer grote omzettingsefficiëntie haalt. Het systeem, dat beschreven wordt in Nature Communications, is vrij simpel; een microfluïdische nozzle vuurt een stroom waterdruppeltjes af, die positief worden geladen en enkele tientallen millimeters verder op een metalen plaatje ketsen. Het resultaat is een spanningsverschil tot twintigduizend volt.

Elektrostatische generatoren zoals de bekende Van der Graaff-generator verplaatsen lading mechanisch naar een locatie met hogere elektrische potentiaal, typisch met een vrij lage efficiëntie. Het idee om waterdruppeltjes te gebruiken werd in de 19e eeuw al uitgewerkt door Lord Kelvin. Geladen waterdruppeltjes vallen hierbij in een bakje met dezelfde lading. Door de afstotingskracht tussen de twee wordt het druppeltje afgeremd en de kinetische energie omgezet in elektrische energie.

Het Twentse systeem werkt vergelijkbaar; de afgeschoten druppeltjes worden bij de nozzle positief geladen, waardoor het metalen plaatje al snel een positieve lading opbouwt. Dat remt de druppeltjes die daarna komen bijna volledig af, zodat de kinetische energie wordt omgezet in elektrische energie. In tegenstelling tot Kelvins opstelling zijn de druppeltjes hier echter niet afhankelijk van de zwaartekracht: doordat ze onder hoge druk worden afgeschoten, kunnen ze een veel grotere tegenwerkende kracht overwinnen en een veel groter elektrisch veld opwekken.

Volgens de onderzoekers is naast de hoge efficiëntie ook de eenvoud van het systeem aantrekkelijk. De nozzle bestaat uit niet meer dan een klein gaatje in een siliciumnitride membraan. Dat is eenvoudig op te schalen door meer gaatjes aan te brengen. Het systeem zou daarom toegepast kunnen worden in labchips.

 advertorial 

System engineering @ ASML, practices and challenges

During the first online session of the System Architecting Conference, on 25 January, Frank de Lange and Tom Castenmiller (ASML) will address the role of systems engineering and discuss the essences of the roadmapping process, the holistic system design and the product generation process. Register now for free.