Hitaamman liikkeen energiankorjuuta

Projektissa, jota rahoittaa Samsung, ryhmä Penn State materiaalitutkijoita ja sähköinsinöörejä ovat suunnitelleet mekaanisen energian keruulaitteen, joka perustuu joustaviin orgaanisiin ionisiin diodeihin.

Nykyisin yleisimmät mekaanista hukkaenergiaa keräävistä laitteista perustuvat pietsosähköiseen vaikutukseen mutta ne toimivat parhaiten vain korkeammilla taajuuksilla.

Pennin tutkijat ovat suunnitelleet nimenomaan matalataajuista mekaanisesta liikkeestä kuten ihmisen liikkeet tai meren aallot sähköä keräävän rakenteen.

Rakenne perustuu orgaanisen polymeerin pn-liitoksen. Tällainen ioninen diodi koostuu kahdesta nanokomposiittisesta elektrodista, joissa vastakkaisesti varautuneet liikkuvat ionit erotetaan polykarbonaattisella membraanilla.

Elektrodit ovat polymeerisiä matriiseja, jotka täytetty hiilinanoputkilla ja infusoitu ionisella nesteellä. Nanoputket parantavat elektrodien johtavuutta ja mekaanista lujuutta.

Mekaanisen voiman vaikutuksesta ionit diffusoituvat kalvon läpi, luoden jatkuvaa tasavirtaa. Samaan aikaan, sisäinen potentiaali vastustaa ioniendiffuusiota kunnes tasapaino on saavutettu. Koko sykli toimii taajuudella yksi kymmenesosa hertsiä tai 10 sekunnin välein.

Kehitetty polymeerinen rakenne on sekä joustava että kevyt. Sillä saavutettava tehotiheys on suurempi tai verrattavissa pietsosähköisiin generaattoreihin niiden toimiessa tehokkaimmilla taajuuksillaan.

Myös Michigan State Universityn tutkijat ovat luoneet uuden tavan tuottaa sähköä ihmisen liikkeestä joustavilla ja kestävillä sekä edullisesti valmistettavilla rakenteilla.

Laite rakentuu varautuneesta PPFE-polymeeristä, jossa on tyhjiä onteloita ja epäorgaanisia jättiläisdipoleja. Paineessa dipolien muutokset generoivat kertyneessä sähkövaraukseta PPFE-kalvon pinnalle ja potentiaalieron kahden elektrodin välille.

Laitetta kutsutaan ferroelektreteettiseksi nanogeneraattoriksi (FENG). Se on paperinohut mutta generaattorina se tulee tehokkaammaksi monikertaisesti taitettuna.