Penjelasan Nanogenerator Triboelektrik yang Digerakkan oleh Air

Didorong oleh kebutuhan akan keamanan energi yang lebih besar, penghematan biaya, dan kepedulian lingkungan, permintaan akan solusi energi berkelanjutan telah tumbuh secara signifikan.

Hal ini mendorong para peneliti mengembangkan teknologi penangkap energi yang mengubah energi mekanik ambient menjadi daya listrik. Teknologi ini berpotensi memainkan peran penting dalam aplikasi seperti pembangkit listrik, transportasi, dan elektronik.

Di antara teknologi tersebut, nanogenerator triboelektrik (TENG) muncul sebagai cara yang menjanjikan untuk memanfaatkan energi mekanik dari lingkungan kita, seperti gerakan dan getaran.

Akibatnya, banyak peneliti mengeksplorasi material, desain, dan mekanisme baru untuk meningkatkan output energi, daya tahan, dan skalabilitas guna penggunaan di dunia nyata.

Awal tahun ini, peneliti dari University of Alabama menunjukkan penggunaan perangkat ini untuk menghasilkan listrik. Kuncinya adalah penggunaan selotip kuat yang murah dan dibeli di toko bersama plastik dan aluminium, alih‑alih material mahal yang biasanya difabrikasi khusus untuk TENG.

Versi TENG yang ditingkatkan¹ ini memanfaatkan interaksi antara lapisan perekat akrilik yang sensitif terhadap tekanan pada selotip dan lapisan polypropylene‑nya untuk menghasilkan hingga 53 miliwatt daya. TENG diletakkan pada pelat bergetar, yang berulang kali membawa kedua lapisan bersentuhan sebelum terpisah, sehingga menghasilkan listrik.

Selain menghasilkan daya yang cukup untuk menyalakan lebih dari 350 lampu LED dan sebuah laser pointer, perangkat ini juga diintegrasikan ke dalam sensor akustik dan perangkat yang dapat dipakai dengan tenaga sendiri.

Dalam studi lain, tim peneliti internasional menghasilkan listrik menggunakan manik‑manik plastik kecil² yang ditempatkan berdekatan pada sebuah permukaan, kemudian dibawa bersentuhan dengan permukaan lain yang berisi manik yang sama, menghasilkan listrik lebih banyak daripada biasanya.

Ukuran dan material manik terbukti penting di sini, dengan penulis utama, Dr. Ignaas Jimidar dari VUB, mencatat, “perubahan kecil dalam pemilihan material dapat menghasilkan peningkatan signifikan dalam efisiensi generasi energi,” yang membuka kemungkinan baru bagi TENG dalam kehidupan sehari‑hari, tanpa bergantung pada sumber energi tradisional.

Temuan dan kemajuan ini menunjukkan bahwa para peneliti sedang membuka jalan bagi aplikasi transformatif teknologi TENG.

Menurut Zhong Lin Wang, yang pertama kali menunjukkan TENG yang berfungsi, nanogenerator triboelektrik dapat menjadi kunci dalam upaya menuju demokratisasi energi.

“Dengan memanfaatkan tindakan fisik sehari‑hari, mereka memungkinkan elektronik beroperasi dengan tenaga sendiri, menghilangkan kebutuhan bergantung pada jaringan listrik terpusat. ‘Pengumpulan energi ambient’ ini sangat selaras dengan sejumlah tren global, seperti keberlanjutan, perawatan kesehatan pribadi, dan Internet of Things,” kata Wang dalam sebuah wawancara.³ “TENG sudah layak untuk sensor berdaya rendah yang terdistribusi, tetapi gangguan sesungguhnya terletak pada penangkapan energi skala besar di masa depan dan sinergi manusia‑mesin.”

Bagaimana Nanogenerator Triboelektrik (TENG) Mengubah Gerakan menjadi Listrik

Seiring penelitian tentang nanogenerator triboelektrik terus mempercepat, kemajuan terbaru telah memperluas ruang lingkup apa yang dapat dipanen perangkat ini, mulai dari getaran halus dan gerakan tubuh hingga gaya lingkungan seperti angin, tetesan, dan aliran fluida.

Sekarang, bagaimana sebenarnya nanogenerator triboelektrik (TENG) ini bekerja? Mereka mengubah energi mekanik menjadi energi listrik melalui elektifikasi kontak dan induksi elektrostatik.

Elektifikasi kontak melibatkan transfer muatan yang terjadi ketika dua permukaan bersentuhan, dengan satu menjadi bermuatan positif dan yang lain bermuatan negatif. Induksi elektrostatik, di sisi lain, adalah redistribusi muatan listrik tanpa kontak langsung.

Keunggulan TENG terletak pada kepadatan daya instan yang tinggi, kompatibilitas material yang luas, dan skalabilitas. Dengan aplikasi yang mencakup sumber daya, energi biru, dan sensor berdaya sendiri, perangkat ini telah berhasil diintegrasikan ke dalam elektronik yang dapat dipakai, sensor berdaya sendiri, dan jaringan energi skala besar.

Tentu saja, masih ada tantangan terkait integrasi dengan sistem daya yang ada, stabilitas jangka panjang, serta efisiensi transfer dan konversi muatan.

Ada berbagai strategi TENG untuk memanen, memanfaatkan, dan mengubah energi yang tidak terpakai atau terbuang secara efektif. Salah satu yang menjanjikan adalah TENG padat‑cair, yang tidak seperti TENG padat‑padat tradisional, menawarkan desain sederhana, biaya rendah, efisiensi transfer muatan yang lebih baik, kemampuan penyembuhan diri, daya tahan jangka panjang, dan adaptabilitas terhadap lingkungan dinamis.

Penelitian juga menunjukkan bahwa memodifikasi material dan/atau cairan, seperti permukaan hidrofobik atau larutan ionik, dapat meningkatkan output triboelektrik dan membuka jalur baru untuk penangkapan energi di lingkungan akuatik dan biomedis.

Awal tahun ini, tim peneliti menunjukkan penggunaan TENG cair‑padat untuk menangkap “energi biru” dari gelombang laut⁴, dengan fokus mengatasi tantangan output energi yang rendah. Mereka melakukannya dengan mengoptimalkan lokasi elektroda pengumpul energi.

Menggunakan tabung plastik transparan sepanjang 16 inci, mereka membuat TENG dengan elektroda foil tembaga di satu ujung. Tabung kemudian diisi air hingga seperempat panjangnya sebelum ujung‑ujungnya disegel, dengan kawat menghubungkan elektroda ke rangkaian eksternal. Perangkat kemudian ditempatkan pada pengocok meja, yang menggerakkan air di dalamnya bolak‑balik dan menghasilkan arus listrik.

Desain yang dioptimalkan ini meningkatkan konversi energi sebesar 2,4 kali dan memungkinkan penyalakan rangkaian 35 LED.

Dalam percobaan lain beberapa tahun lalu, peneliti menciptakan TENG mirip rumput laut untuk menunjukkan potensinya mengurangi ketergantungan pada baterai di sepanjang garis pantai.

Mereka melapisi strip polymer berukuran 1,5 inci × 3 inci dari dua polymer berbeda dengan tinta konduktif, menempatkan spons kecil di antara keduanya untuk menciptakan celah udara tipis, lalu menyegel seluruh unit untuk membuat TENG. Ketika perangkat bergerak naik‑turun dalam air, strip tersebut membengkok bolak‑balik menghasilkan listrik.

Celah udara berkurang ketika TENG terendam dalam air pada tekanan yang ditemukan di zona pesisir, namun tetap menghasilkan arus pada 100 kPa. Mereka juga menggunakan tangki gelombang untuk menunjukkan bahwa beberapa TENG dapat digunakan sebagai mini stasiun tenaga bawah air, memasok energi untuk 30 LED atau suar mini yang berkedip.

Swipe to scroll →

Penggunaan Air, Silikon Nanopori, dan Tekanan untuk Penangkapan Energi TENG

Sekarang, tim peneliti Eropa telah beralih ke aplikasi khusus TENG cair‑padat: Intrusion‑Extrusion Triboelectric Nanogenerators (IE‑TENGs).

Sistem ini memanfaatkan cairan non‑wetting, yaitu air dan larutan polyethylenimine, serta monolit silikon nanopori.

Dengan memanfaatkan arsitektur nanopori hidrofobik material, sistem ini dapat menghasilkan listrik melalui gerakan terkontrol cairan masuk dan keluar dari ruang terkurung, yang menyebabkan akumulasi muatan dan redistribusi, menghasilkan fluktuasi arus dan tegangan yang dapat dimanfaatkan untuk konversi energi.

Keunggulan utama IE‑TENG adalah kemampuannya mengatasi batasan utama TENG tradisional: area kontak material yang terbatas. Penggunaan material nanopori dengan luas permukaan ratusan hingga ribuan meter persegi per gram memungkinkan IE‑TENG secara signifikan meningkatkan densitas energi spesifik per area dan kinerja keseluruhan perangkat.

Monolit silikon nanopori dipilih karena telah banyak diteliti di bidang medis, optik, elektronik, dan mekanik. Mereka memberikan beberapa keuntungan utama bagi peneliti.

Ini termasuk silikon berpori yang didoping, yaitu konduktif, yang meningkatkan transfer dan koleksi muatan selama proses intrusion‑extrusion, sehingga meningkatkan efisiensi output listrik. Monolit silikon nanopori juga dapat diubah menjadi permukaan hidrofobik, yang esensial untuk generasi energi berbasis intrusion‑extrusion.

Studi menemukan monolit silikon berpori sebagai kandidat menjanjikan untuk IE‑TENG generasi berikutnya, mencapai peningkatan tiga orde magnitudo pada densitas daya instan dan dua orde magnitudo pada energi per siklus intrusion‑extrusion.

Peneliti percaya bahwa melalui kemajuan berkelanjutan, IE‑TENG yang memanfaatkan material konduktif berpori dapat menawarkan alternatif yang layak untuk “sistem penangkapan energi berperforma tinggi dan berkelanjutan” dalam elektronik yang dapat dipakai dan aplikasi pemulihan energi industri.

Cara baru mengubah energi mekanik menjadi listrik, yang dikembangkan oleh tim ilmuwan Eropa, menggunakan air yang terperangkap dalam pori‑pori silikon sebagai fluida kerja.

Dalam studi berjudul “Triboelectrification during non‑wetting liquids intrusion‑extrusion in hydrophobic nanoporous silicon monoliths⁶”, mereka menunjukkan kemampuan siklus intrusion dan extrusion air dalam monolit silikon nanopori tahan air untuk menghasilkan daya listrik yang dapat diukur.

Sistem baru IE‑TENG dikembangkan dalam kolaborasi antara Hamburg University of Technology (TUHH) dan DESY (German Electron Synchrotron), University of Ferrara (Italia), CIC energiGUNE (Spanyol), Riga Technical University (Latvia), dan University of Silesia di Katowice (Polandia). Sistem ini menggunakan tekanan untuk berulang‑ulang memaksa air masuk dan keluar dari pori berukuran nanometer.

Selama proses ini, muatan terbentuk di antarmuka antara padatan dan cairan. Menariknya, ini adalah jenis listrik gesekan yang sering kita saksikan dalam kehidupan sehari‑hari, seperti berjalan di atas karpet PVC tahan air dengan sepatu.

Itu adalah contoh umum listrik statis yang dihasilkan oleh efek triboelektrik. Contoh lain adalah menyentuh gagang pintu dan mendapatkan kejutan listrik kecil. Yang terjadi adalah akumulasi muatan listrik pada tubuh Anda yang cepat mengalir melalui konduktor, seperti gagang logam.

Dalam kasus sistem yang baru dikembangkan, efisiensi konversi energi mencapai hingga 9 %.

“Bahkan air murni, ketika terkurung pada skala nano, dapat memungkinkan konversi energi,” kata Profesor Patrick Huber, juru bicara BlueMat: Water‑Driven Materials Excellence Cluster di TUHH dan DESY, yang bertujuan mengembangkan kelas baru material berkelanjutan yang terinspirasi alam dan mengubah sifatnya melalui interaksi dengan air.

Beberapa bulan lalu, Cluster tersebut menerima pendanaan riset hingga €70 juta, menjamin dukungan hingga 2033.

Pendekatan mereka dalam memanen energi triboelektrik dengan memanfaatkan kerangka monolitik nanopori menawarkan jalur alternatif untuk meningkatkan elektifikasi kontak pada antarmuka padat‑cair yang terkurung.

Dalam pekerjaan mereka, peneliti menghasilkan listrik di dalam pori silikon semata‑mata melalui gesekan yang disebabkan oleh tekanan dan air.

“Menggabungkan silikon nanopori dengan air memungkinkan sumber daya yang efisien dan dapat direproduksi — tanpa material eksotik, melainkan hanya dengan menggunakan semikonduktor paling melimpah di bumi, silikon, dan cairan paling melimpah, air.”

– Dr. Luis Bartolomé, CIC energiGUNE

Desain material di sini menjadi kunci, karena mereka memerlukan sesuatu yang memungkinkan transfer listrik, memiliki pori berukuran nanometer, dan menolak air.

“Langkah krusial adalah pengembangan struktur silikon yang dirancang tepat sehingga sekaligus konduktif, nanopori, dan hidrofobik,” kata Dr. Manuel Brinker dari Hamburg University of Technology, menjelaskan bahwa arsitektur ini memungkinkan mereka mengontrol gerakan air di dalam pori, sehingga proses konversi energi menjadi stabil serta dapat diskalakan.

Penggunaan struktur silikon monolitik, alih‑alih IE‑TENG berbasis bubuk yang mengandalkan partikel berpori lepas, memungkinkan penangkapan energi yang lebih efisien dan dapat direproduksi. Mereka juga mencapai peningkatan signifikan pada densitas daya instan, yaitu daya yang diberikan pada suatu medium pada momen tertentu oleh arus transien, serta energi per siklus.

Tim juga mengidentifikasi ukuran pori dan volume pori total sebagai dua faktor utama yang mengatur performa triboelektrik, menekankan pentingnya mengoptimalkan properti struktural ini.

Selain itu, analisis mereka menemukan bahwa laju kompresi yang lebih tinggi meningkatkan generasi daya listrik, sementara pemilihan medium cair secara signifikan meningkatkan efisiensi triboelektrik. Penggunaan larutan polyethylenimine (PEI) 0,1 % khususnya memungkinkan tim mencapai efisiensi konversi energi tertinggi yang dilaporkan (9 %) untuk TENG padat‑cair.

Dengan temuan ini, tim berupaya menyediakan fondasi kuat untuk mengoptimalkan lebih lanjut penangkapan energi triboelektrik padat‑cair. Fokus penelitian masa depan, menurut peneliti, harus pada pemilihan cairan, penyesuaian arsitektur pori, dan modifikasi permukaan monolit silikon.

Teknologi ini, di sisi lain, membuka jalan bagi aplikasi dalam sistem sensor berdaya sendiri, elektronik yang dapat dipakai, dan penangkapan energi lingkungan.

Menurut para ilmuwan, ini membuka jalan bagi “sistem sensor otonom tanpa perawatan”.

Jadi, teknologi ini dapat diterapkan untuk deteksi air dan pemantauan kesehatan dalam pakaian pintar. Ia juga dapat digunakan dalam robotika haptik, di mana gerakan langsung menghasilkan sinyal listrik. Lebih lanjut, teknologi ini sangat cocok untuk aplikasi yang memerlukan tekanan mekanik tinggi, seperti peredam kejut kendaraan.

“Material yang digerakkan air menandai awal generasi baru teknologi yang berkelanjutan secara mandiri,” ujar co‑author Profesor Simone Meloni dari University of Ferrara dan Dr. Yaroslav Grosu dari CIC energiGUNE.

Seperti yang baru‑baru ini kami bahas, pendekatan desain “terintegrasi alam” serupa juga diadopsi untuk mengembangkan DEG mengapung berbasis air (W‑DEG) yang memanfaatkan sifat listrik dan struktural air. Penggunaan “air bebas” sebagai bahan bangunan memungkinkan W‑DEG memiliki berat dan biaya material jauh lebih rendah serta potensi tinggi untuk aplikasi tanpa lahan, sambil menunjukkan skalabilitas luar biasa dan daya tahan tinggi dalam berbagai kondisi kerja.

Berinvestasi pada Semikonduktor Penangkap Energi: Kasus TXN

Walaupun monolit silikon spesifik ini masih berada pada fase riset, investor yang ingin memanfaatkan tren manajemen energi berdaya rendah sebaiknya melihat pasar semikonduktor yang mapan, di mana Texas Instruments Incorporated (TXN ) menjadi pemain kunci, menyediakan mikrokontroler berdaya rendah, IC manajemen daya, serta solusi analog/mixed‑signal.

Perusahaan semikonduktor global ini merancang dan memproduksi chip analog serta pemrosesan terintegrasi untuk otomotif, sistem perusahaan, elektronik pribadi, peralatan komunikasi, dan aplikasi industri.

Portofolionya dirancang untuk mengelola kebutuhan daya pada berbagai level tegangan, termasuk saklar daya, regulator switching AC/DC dan DC/DC terisolasi, regulator switching DC/DC, referensi tegangan, solusi manajemen baterai, dan lainnya.

Texas Instruments memiliki posisi keuangan yang sehat. Untuk Q3 2025, perusahaan melaporkan pendapatan sebesar $4,74 miliar, naik 7 % secara berurutan dan 14 % secara tahunan, dengan pertumbuhan di semua pasar akhir. Pendapatan analog tumbuh 16 % YoY, pemrosesan terintegrasi naik 9 %, dan segmen “lainnya” naik 11 %.

Dari sisi profitabilitas, TI menghasilkan $1,36 miliar laba bersih dan $1,48 EPS terdilusi untuk kuartal tersebut. Selama 12 bulan terakhir, arus kas dari operasi mencapai $6,9 miliar, dan arus kas bebas $2,4 miliar, menegaskan kemampuan perusahaan untuk mendanai belanja modal besar serta mengembalikan nilai kepada pemegang saham sambil tetap berinvestasi dalam R&D.

“Arus kas operasi kami sebesar $6,9 miliar selama 12 bulan terakhir kembali menegaskan kekuatan model bisnis kami, kualitas portofolio produk kami, dan manfaat produksi 300 mm.”

– CEO Haviv Ilan

Pada Q3 2025, TI membayar sekitar $1,2 miliar dividen dan membeli kembali sekitar $119 juta sahamnya sendiri, berkontribusi pada $6,6 miliar yang dikembalikan kepada pemegang saham selama 12 bulan terakhir. Pada September, perusahaan mengumumkan kenaikan dividen 4 % menjadi $1,42 per saham, menandai 22 tahun berturut‑turut pertumbuhan dividen.

Per akhir November 2025, TXN diperdagangkan di kisaran pertengahan $160, kira‑kira 25–30 % di bawah puncak 52‑minggu $221,69 yang tercapai pada Juli 2025. Meskipun saham telah mundur dari puncak tersebut dan memberikan pengembalian negatif selama setahun terakhir, kombinasi penjualan analog yang meningkat, hasil dividen lebih dari 3 %, dan buyback jangka panjang terus menarik investor yang berorientasi pendapatan.

Berita Saham Texas Instruments Incorporated (TXN) Terbaru

Kesimpulan: Di Mana TENG Berperan dalam Masa Depan Energi Bersih

Dalam dunia penangkapan energi, TENG menawarkan cara yang murah, efisien, dan berkelanjutan untuk mengubah energi mekanik menjadi listrik. Dengan mengubah tidak hanya interaksi mekanik sehari‑hari tetapi juga aliran fluida dan fluktuasi tekanan menjadi listrik yang dapat digunakan, teknologi ini menjanjikan wearable fleksibel, sensor berdaya sendiri, sistem energi lingkungan laut, dan lainnya.

Walaupun adopsi TENG di dunia nyata saat ini terbatas, melalui penelitian berkelanjutan untuk menyempurnakan arsitektur material, meningkatkan efisiensi, dan mengintegrasikan TENG dengan sistem daya yang ada, perangkat ini akhirnya dapat menjadi layak untuk penerapan komersial yang lebih luas.

Klik di sini untuk daftar perusahaan yang memimpin pengembangan nanoteknologi.

Referensi

1. Jang, M.-H.; Rabbitte, S. P.; Frendi, A.; Conners, R. T.; Lei, Y.; Wang, G. “Wide Bandwidth High‑Power Triboelectric Energy Harvesting by Scotch Tape.” ACS Omega 10, no. 3 (2025): 2778–2789. https://doi.org/10.1021/acsomega.4c08590
2. Jimidar, I. S. M., Mālnieks, K., Sotthewes, K., Sherrell, P. C., & Šutka, A. “Granular Interfaces in TENGs: The Role of Close‑Packed Polymer Bead Monolayers for Energy Harvesters.” Small 21, no. 9 (2025): Article 2410155. https://doi.org/10.1002/smll.202410155
3. Wang, Z. L. “The future of TENGs with Zhong Lin Wang.” Communications Materials 6 (2025): Article 125. https://doi.org/10.1038/s43246-025-00847-7
4. Zhang, H.; Dai, G.; Luo, Y.; Zheng, T. “Space Volume Effect in Tube Liquid–Solid Triboelectric Nanogenerator for Output Performance Enhancement.” ACS Energy Letters 9, no. 4 (2024): 1431–1439. https://doi.org/10.1021/acsenergylett.4c00072
5. Wang, Y.; Liu, X.; Wang, Y.; Wang, H.; Wang, H.; Zhang, S. L.; Zhao, T.; Xu, M.; Wang, Z.-L. “Flexible Seaweed‑Like Triboelectric Nanogenerator as a Wave Energy Harvester Powering Marine Internet of Things.” ACS Nano 15, no. 10 (2021): 15700–15709. https://doi.org/10.1021/acsnano.1c05127
6. Bartolomé, L.; Verziaggi, N.; Brinker, M.; Amayuelas, E.; Merchori, S.; Arkan, M. Z.; Eglītis, R.; Šutka, A.; Chorążewski, M. A.; Huber, P.; Meloni, S.; Grosu, Y.; et al. “Triboelectrification during non‑wetting liquids intrusion–extrusion in hydrophobic nanoporous silicon monoliths.” Nano Energy 146 (2025): Article 111488. https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2025.111488