Исследователи из Института науки и технологий Тэгу Кёнбук (DGIST) в Южной Корее разработали высокоэффективное устройство для сбора энергии, которое преобразует движения тела в электричество. Примечательно, что новое устройство демонстрирует эффективность преобразования в 280 раз выше, чем у обычных растягивающихся пьезоэлектрических сборщиков энергии.
Новое устройство использует пьезоэлектрический эффект – явление, при котором некоторые материалы генерируют электрический заряд в ответ на механическое напряжение. Это означает, что действия, как ходьба, сгибание или даже едва заметные движения, могут быть использованы для получения электричества.
Пьезоэлектрические материалы обладают присущей им асимметрией в распределении заряда. При механическом воздействии, как изгиб или растяжение, эта асимметрия ещё больше усиливается, что приводит к разделению зарядов и возникновению электрического потенциала на материале.
Такое преобразование механической энергии в электрическую лежит в основе процесса пьезоэлектрического сбора энергии.
Читайте: Китай построит крупнейшую в мире гидроэлектростанцию в Тибете– 300 млрд кВт/ч в год
Ограничения получения пьезоэлектрической энергии
Хотя концепция сбора пьезоэлектрической энергии не нова, её применение в носимых гаджетах сдерживается ограничениями, связанными со свойствами материалов и конструкцией самих устройств.
«На ранних этапах исследований PENG широко изучались неорганические пьезоэлектрические устройства консольной формы, позволяющие эффективно собирать энергию от высокочастотной вибрации» – говорится в исследовании под руководством профессора Чан Кюн-Ина. «Однако эти традиционные конструкции ограничены, когда применяются к гибким и растягивающимся форматам».
Многие материалы с сильным пьезоэлектрическим откликом, как цирконат-титанат свинца (ЦТС), по своей природе жёсткие и хрупкие. Это делает их непригодными для интеграции в гибкие и удобные носимые гаджеты. Но, исследовательская группа DGIST преодолела это препятствие с помощью инновационных методов разработки материалов.
Они разработали уникальную трёхмерную структуру, которая позволяет использовать ЦТС, сохраняя при этом высокую степень гибкости и растяжимости. Такие структуры, как трёхмерный изгиб, широко используются для придания устройствам растяжимости. Благодаря этому оно может прилегать к телу человека, обеспечивая комфортное и незаметное ношение.
Кроме того, исследователи представили новый дизайн электродов. Эта конструкция, получившая название «электрод сопряжения с учётом кривизны», обеспечивает более эффективный захват энергии, предотвращая потерю электрических зарядов, возникающих при движении, что значительно повышает общую эффективность.
«Такая конструкция позволяет обойти типичную отмену электрического заряда, наблюдаемую в обычных системах, гарантируя, что каждый сегмент наногенератора вносит эффективный вклад в общее производство энергии» – добавляют исследователи.
Будущие направления пьезоэлектрической энергии
Этот новый высокоэффективный сборщик энергии открывает путь к созданию носимой электроники с автономным питанием.
Такие устройства могут избавить нас от необходимости частой зарядки или замены батарей в широком спектре гаджетов, включая смарт-часы, фитнес-трекеры или медицинские датчики. Это исследование представляет собой большой шаг вперёд для области носимых технологий.
Инновационный подход команды DGIST к разработке материалов и конфигурации электродов позволил создать устройство, способное изменить способ питания носимых устройств. Дальнейшие исследования и разработки будут направлены на оптимизацию технологии для коммерческого применения и изучение полного потенциала.
Хочу первым узнавать о ТЕХНОЛОГИЯХ – ПОДПИСАТЬСЯ на Telegram
Читать свежие обзоры гаджетов на нашем сайте – TehnObzor.RU