En grupp ingenjörer från University of Wisconsin-Madison och en samarbetspartner från Kina har utvecklat en nanogenerator som hämtar energi från en bils rullande däckfriktion.

En innovativ metod för att återanvända energi, nanogeneratorn skulle i slutändan kunna ge biltillverkarna ett nytt sätt att pressa ut större effektivitet ur sina fordon.

Forskarna rapporterade sin utveckling, som är den första i sitt slag, i en tidning publicerad den 6 maj, 2015, i journalen Nanoenergi .

Xudong Wang, Harvey D. Spangler-stipendiaten och en docent i materialvetenskap och ingenjörsvetenskap vid UW-Madison, och hans doktorand Yanchao Mao har arbetat med den här enheten i ungefär ett år.

Nanogeneratorn förlitar sig på den triboelektriska effekten för att utnyttja energi från den föränderliga elektriska potentialen mellan trottoaren och ett fordons hjul. Den triboelektriska effekten är den elektriska laddningen som uppstår vid kontakt eller gnidning av två olika föremål.

Wang säger att nanogeneratorn ger ett utmärkt sätt att dra nytta av energi som vanligtvis går förlorad på grund av friktion.

"Friktionen mellan däcket och marken förbrukar cirka 10 procent av ett fordons bränsle, " säger han. "Den energi är bortkastad. Så om vi kan omvandla den energin, det kan ge oss mycket goda förbättringar i bränsleeffektivitet."

Nanogeneratorn är beroende av en elektrod integrerad i ett segment av däcket. När denna del av däckets yta kommer i kontakt med marken, friktionen mellan dessa två ytor producerar i slutändan en elektrisk laddning - en typ av kontaktelektrifiering som kallas den triboelektriska effekten.

Under de första försöken, Wang och hans kollegor använde en leksaksbil med LED-lampor för att demonstrera konceptet. De fäste en elektrod på hjulen på bilen, och när den rullade över marken, LED-lamporna blinkade på och av. Rörelsen av elektroner orsakad av friktion kunde generera tillräckligt med energi för att driva lamporna, stödjer tanken att energi som går förlorad till friktion faktiskt kan samlas in och återanvändas.

"Oavsett vilken energi som slösas bort, vi kan återta den, och detta gör saker mer effektivt, " säger Wang. "Jag tror att det är den mest spännande delen av det här, och är något jag alltid letar efter:hur man sparar energi från konsumtion."

Forskarna fastställde också att mängden energi som utnyttjas är direkt relaterad till vikten på en bil, samt dess hastighet. Därför kan mängden energi som sparas variera beroende på fordonet - men Wang uppskattar en ökning med 10 procent av det genomsnittliga fordonets gassträcka givet 50 procents friktionsenergiomvandlingseffektivitet.

"Det finns stor potential med den här typen av energi, " Wang säger. "Jag tror att effekten kan bli enorm."