Pietsosähköä halliten ja tehostaen

Kemiallinen energia on termi energialle, joka on varastoitunut aineen kovalenttisiin sidoksiin. Siten "energeettiset materiaalit" varastoivat suuren määrän kemiallista energiaa, joka vapautuessaan voidaan muuntaa sähkö-, lämpö- tai mekaaniseksi energiaksi.

Molekyylienergeettiset ferrosähköiset kiteet ovat osa kemiallisia energiamateriaaleja, joissa energian vapautuminen riippuu ulkoisista ärsykkeistä. Ferrosähköisissä materiaaleissa on spontaaneja polarisaatioita, jotka johtuvat ionien siirtymisestä kiteissä. Sähkökenttää käyttämällä polarisaatio voidaan kääntää, mikä johtaa jännitysvasteeseen, joka tunnetaan pietsosähköisenä efektinä.

Kaksi suurta haastetta energeettisten materiaalien tutkimuksessa ovat kyky hallita energian vapautumista sekä lämmönjohtavuuden säätöä ja viritystä.

Buffalon yliopiston, DEVCOM Army Research Laboratoryn ja Marylandin yliopiston tutkijoiden ryhmä raportoi hallitusta kemiallisen energian vapautumisen tilallisesti ohjelmoiduista molekyylienergeettisistä ferrosähköisistä kiteistä.

Koneoppimisen sekä uudenlaisten materiaalien lisäaineiden ja kokoonpanon yhdistelmä sai aikaan kemiallisen energian vapautumisen hallinnan.

Kyseinen energinen metamateriaali osoittaa polarisaatio-ohjattua räjähdysnopeutta ja korkeaa hajaantumislämpöä, jotka yhdessä mahdollistavat kemiallisesti ohjatun sähkön tuoton suurella 4,6 kW kg−1 ominaisteholla.

Osaka Metropolitan Universityn apulaisprofessori Takeshi Yoshimuran johtama tutkimusryhmä on kehittänyt mikroelektromekaniikkaan (MEMS) tukeutuvan pietsosähköisen värähtelyenergian kerääjän, jonka halkaisija on vain noin kaksi senttimetriä ja jossa on U-muotoinen metallikomponentti, jota he kutsuvat dynaamiseksi suurennuslasiksi.

Perinteisiin harvesteriin verrattuna uusi harvesteri mahdollistaa noin 90-kertaisen lisäyksen impulsiivisista värähtelyistä kerätystä tehonmuunnoksessa.

Tavanomaisempien pietsosähköisien värähtelyenergian kerääjien tehontuotto laskee rajusti, kun hyödynnettävät värinät ovat epäjatkuvia ja impulsiivisia, kuten ihmisen kävelyn aiheuttamia.

Nyt tutkijatiimi kehitti avuksi harvesterin alle U-muotoisen tärinänvahvistuskomponentin, joka mahdollista tehontuotannon parantamisen ilman laitteen koon kasvattamista.

Tekniikan odotetaan tuottavan sähköä epätasaisesta tärinästä, mukaan lukien kävelyliikkeestä, tuottaakseen virtaa pienille puetettaville laitteille, kuten älypuhelimille ja langattomille kuulokkeille.

Aiheista aiemmin:

Uudenlaisia ferrosähköisiä rakenteita

Nanoteknistä pienenergian keruuta

Sähköä puusta