Скрытая энергия: устройство растяжения добывает электричество из вибрации окружающего мира

Исследователи из Национального университета Тайваня создали устройство, которое эффективно использует энергию от вибраций.

Саморегулирующийся механизм этого устройства обеспечивает резонанс с частотами окружающей среды, повышая выходную мощность в более широком рабочем диапазоне. Наиболее простой подобной конструкцией является тонкая балка, изгибающаяся вперед и назад, обтянутая специальным материалом, генерирующим электричество во время нагрузки. Несмотря на максимально простую конструкцию, такое устройство будет эффективно работать только на определенных частотах колебаний. Поскольку большая часть нагрузки сосредоточена на одном конце, ключевая часть материала никогда не достигнет полного потенциала. 

Тайваньские исследователи под руководством профессора Вэй-Цзюнь Су создали конструкцию, которая работает в режиме растяжения. Тонкая пленка из поливинилиденфторида (ПФД) равномерно натягивается, подобно мембране на барабане. Таким образом каждая ее частица способствует генерации электричества.

Крошечная скользящая масса движется сама по себе под действием сил инерции и гравитации. Когда вибрации вокруг становятся сильнее, эта масса смещается наружу, снижая частоту сборщика энергии. Когда вибрации ослабевают, под действием гравитации эта масса возвращается обратно и повышает частоту. Таким образом устройство самонастраивается.

По результатам лабораторных испытаний, эта самонастройка продемонстрировала хорошие результаты. По сравнению с традиционными конструкциями, новый собиратель энергии производил почти вдвое больше мощности и работал в почти вдвое большем диапазоне частот. В одном из испытаний выходное напряжение достигло почти 29 В — впечатляющий показатель для устройства, помещающегося на ладони.

Кроме этого устройство могло плавно переходить от низких энергетических состояний к высоким без посторонней помощи. Это важно, поскольку вибрации в окружающей среде постоянно меняются в зависимости от движения, погодных условий и даже времени суток. Жестко регулируемый сборщик энергии быстро потеряет необходимый ритм, в отличие от такого, который способен адаптироваться и самонастраиваться.

В будущем это может привести к появлению датчиков, которые самостоятельно будут питаться за счет вибраций и работать в течение многих десятилетий. Портативная электроника или медицинские имплантаты, не требующие отдельной подзарядки.

Результаты исследования представлены в журнале Energy Conversion and Management

Источник: TechXplore