Современные электронные устройства, от миниатюрных датчиков до фитнес-браслетов, требуют все больше энергии, которую химические батарейки уже не в состоянии полностью обеспечить. На помощь приходят устройства, собирающие энергию из окружающей среды - энергохарвестеры, превращающие обычную вибрацию в электричество.
Наиболее эффективными из них являются тристабильные энергохарвестеры, способные улавливать даже низкочастотные случайные вибрации и преобразовывать их сначала в переменный, а затем в постоянный ток. Ученые из Пекинского технологического института Тинтин Чжан и Янфэй Цзинь исследовали, как можно оптимизировать работу таких систем для получения максимальной выходной мощности. Их выводы опубликованы в журнале European Physical Journal B.
В отличие от своих линейных предшественников, тристабильные энергохарвестеры являются нелинейными системами и могут работать в более широком диапазоне частот. Они напрямую преобразуют механическую энергию произвольных вибраций в переменный ток, который затем выпрямляется в постоянный для питания электроники.
"Методы управления могут повысить эффективность сбора энергии, - говорит Цзинь. - Мы оптимизировали работу тристабильного харвестера в системе с параллельной синхронизацией (P-SSHI), чтобы получить максимальный КПД при работе с цветным шумом".
Цветной шум - это случайный вибрационный сигнал, содержащий частоты разной интенсивности. Он хорошо моделирует реальные природные вибрации, поэтому был выбран для экспериментов.
"Контролируемый энергохарвестер показал более высокую эффективность по сравнению с неконтролируемым, что подтвердили и теоретические расчеты, и компьютерное моделирование методом Монте-Карло, - добавляет Цзинь. - Теперь мы надеемся оптимизировать схему управления, что критически важно для энергоснабжения компактных маломощных устройств".
С развитием технологий сбора энергии из окружающей среды смартфоны, умные часы и прочие гаджеты смогут работать сколь угодно долго без подзарядки. Возможно, в будущем батарейки нам вообще не понадобятся - достаточно будет просто носить устройство с собой, чтобы оно само добывало необходимую энергию. Но это уже тема для отдельной статьи.
Источник:
DOI: 10.1140/epjb/s10051-024-00650-2
-------------------------------------
Поддержите наш проект: подпишитесь на канал, поставьте лайк или напишите комментарий, а также подписывайтесь на наши страницы на других площадках, в том числе на сервисе поддержки авторов Бусти. Ссылки найдёте в описании канала. Заранее спасибо!
