Tehokkaampaa värähtelyenergian talteenottoa

Kansainvälinen tutkimusryhmä on suunnitellut uuden energiaa tuottavan laitteen yhdistämällä pietsosähköisiä komposiitteja hiilikuituvahvisteiseen polymeeriin (CFRP), joka on yleisesti käytetty materiaali, joka on myös kevyt ja vahva.

Uusi laiterakenne muuttaa ympäröivästä ympäristöstä tulevan värähtelyn sähköksi, mikä tarjoaa tehokkaan ja luotettavan tavan omatoimisille antureille.

"Arkipäiväiset tavarat jääkaapista katuvalaisimiin on yhdistetty Internetiin osana esineiden Internetiä (IoT), ja monet niistä ovat varustettu sensoreilla, jotka keräävät tietoa", kertoo Tohokun yliopiston professori Fumio Narita. "Mutta nämä IoT-laitteet tarvitsevat virtaa toimiakseen, mikä on haastavaa, jos ne ovat syrjäisissä paikoissa tai jos niitä on paljon."

Värähtelyenergiaa voidaan hyödyntää pietsosähköisten materiaalien kykyä tuottaa sähköä fyysisessä rasituksessa.

"Pohdimme, voisiko pietsosähköinen värähtelyenergian kerääjä (PVEH), joka hyödyntää CFRP:n kestävyyttä yhdessä pietsosähköisen komposiitin kanssa, olla tehokkaampi ja kestävämpi tapa kerätä energiaa", Narita kertoo.

Ryhmä valmisti laitteen käyttämällä CFRP:n ja kaliumnatriumniobaatti (KNN) -nanohiukkasten yhdistelmää sekoitettuna epoksihartsiin. CFRP toimi sekä elektrodina että vahvistussubstraattina.

Kehitetty rakenne täytti odotukset. Testit ja simulaatiot paljastivat, että se pystyi säilyttämään korkean suorituskyvyn jopa yli 100 000 kertaa taivutettuaan. Tasasuuntaus ja varastointipiirillä varustettuna se kykeni tuottamaan sähköä 15 ledille. Lisäksi se ylitti muut KNN-pohjaiset polymeerikomposiitit energian tuotantotiheyden suhteen.

C-PVEH auttaa edistämään omavoimaisten IoT-anturien kehitystä, mikä johtaa energiatehokkaampiin IoT-laitteisiin.

Narita ja hänen kollegansa ovat myös innoissaan läpimurtonsa teknologisista edistysaskeleista. "C-PVEH-laitteemme yhteiskunnallisten etujen lisäksi olemme innoissamme panoksestamme energiankeruun ja anturiteknologian alalla. Erinomaisen energian tuotantotiheyden ja korkean kestävyyden yhdistelmä voi ohjata tulevaa tutkimusta muihin komposiittimateriaalien erilaisiin sovelluksiin."

Aiheesta aiemmin: