Современные устройства, от фитнес-трекеров и умной одежды до сенсоров для интернета вещей (IoT), требуют компактных и надежных источников питания. Перспективным решением проблемы может стать новое решение — генератор, вырабатывающий энергию из колебаний феррожидкости.
Эта по сути личная волновая микроэлектростанция представляет собой ампулу, наполовину заполненную биоразлагаемой жидкостью с магнитными наночастицами. Она помещается в магнитное поле, вокруг намотана катушка. От тряски, например при ходьбе, содержимое приходит в движение, меняет магнитный поток, и его колебания индуцируют ток. Небольшой, правда, но носимым датчикам или IoT хватит.
В Институте экспериментальной физики Словацкой академии наук провели серию опытов, чтобы найти наилучшую конфигурацию магнитов и концентрацию наночастиц в таком генераторе. Результаты экспериментов опубликованы в Scientific Reports.
Выявлена четкая закономерность: в оптимальной конфигурации с увеличением намагниченности насыщения феррожидкости линейно возрастает собираемая электрическая мощность. Наиболее эффективной оказалась схема с одним постоянным магнитом, закрепленным на боковой стенке ампулы, который создает магнитное поле, перпендикулярное как оси колебаний, так и силе тяжести.
В этой конфигурации максимальная измеренная мощность достигла примерно 232,6 нановатт для жидкости с наибольшей намагниченностью.
В более сильных магнитных полях движение феррожидкости затрудняется из-за эффекта магнитной вязкости, что снижает индуцированное напряжение — то есть более сильные поля не всегда генерируют большую мощность.
Этот подход к сбору энергии, отличающийся малым весом и гибкостью, обладает преимуществами по сравнению с традиционными электромагнитными преобразователями, в которых обычно применяются тяжелые подвижные магниты. Использовавшиеся в опытах феррожидкости приготовлены на биоразлагаемом трансформаторном масле, что снижает риск для окружающей среды в случае утечки. Жидкость плещется в ответ на движения сосуда в разных направлениях, поэтому генератор идеален для носимых устройств с их нерегулярными или многоосевыми вибрациями.
«Результаты нашей работы демонстрируют, что правильно подобранная конфигурация магнитного поля в сочетании с оптимальной намагниченностью феррожидкости позволяет преобразовывать энергию обычных механических вибраций в электричество. Это открывает путь к созданию по-настоящему автономных устройств, не требующих внешних источников питания», — пояснил физик Михал Райняк, руководивший исследованием.
Достигнутые уровни вырабатываемой мощности, мягко говоря, не впечатляют. Однако авторы рассчитывают достигнуть более высоких показателей за счет масштабирования путем соединения массивов катушек и феррожидкостных модулей.
Разработана первая в мире резинка для питания умных часов от тепла тела
Физики создали технологию получения энергии с помощью крошечных шариков
Подписывайтесь и читайте «Науку» в Telegram