Međunarodna istraživačka grupa je konstruisala novi uređaj za generisanje energije kombinovanjem piezoelektričnih kompozita sa polimerom ojačanim ugljeničnim vlaknima (CFRP), najčešće korišćenim materijalom koji je i lagan i jak. Novi uređaj transformiše vibracije iz okolnog okruženja u električnu energiju, obezbeđujući efikasno i pouzdano sredstvo za senzore sa sopstvenim napajanjem.
Detalji istraživanja grupe objavljeni su u časopisu Nano Energy 13. juna 2023.
Sakupljanje energije uključuje pretvaranje energije iz okoline u upotrebljivu električnu energiju i nešto je ključno za osiguravanje održive budućnosti.
„Svakodnevne stvari, od frižidera do uličnih lampi, povezane su na internet kao deo Interneta stvari (IoT), a mnoge od njih su opremljene senzorima koji prikupljaju podatke“, kaže Fumio Narita, koautor studije i profesor na Visokoj školi za studije životne sredine Univerziteta Tohoku. „Ali ovim IoT uređajima je potrebna energija da bi funkcionisali, što je izazovno ako su na udaljenim mestima ili ako ih ima mnogo.
Sunčevi zraci, toplota i vibracije mogu proizvesti električnu energiju. Vibraciona energija se može iskoristiti zahvaljujući sposobnosti piezoelektričnih materijala da generišu električnu energiju kada su pod fizičkim stresom. U međuvremenu, CFRP je pogodan za primenu u vazduhoplovnoj i automobilskoj industriji, sportskoj opremi i medicinskoj opremi zbog svoje izdržljivosti i lakoće.
„Razmišljali smo da li piezoelektrični sakupljač energije vibracija (PVEH), koji koristi robusnost CFRP-a zajedno sa piezoelektričnim kompozitom, može biti efikasnije i trajnije sredstvo za prikupljanje energije“, kaže Narita.
Grupa je proizvela uređaj koristeći kombinaciju nanočestica CFRP i kalijum natrijum niobata (KNN) pomešanih sa epoksidnom smolom. CFRP je služio i kao elektroda i kao podloga za ojačanje.
Takozvani C-PVEH uređaj je opravdao svoja očekivanja. Testovi i simulacije su otkrile da može da zadrži visoke performanse čak i nakon što je savijen više od 100.000 puta. Pokazalo se da je sposoban da skladišti proizvedenu električnu energiju i napaja LED svetla. Pored toga, nadmašio je druge polimerne kompozite zasnovane na KNN-u u pogledu gustine izlazne energije.
C-PVEH će pomoći da se pokrene razvoj IoT senzora sa sopstvenim napajanjem, što će dovesti do energetski efikasnijih IoT uređaja.
Narita i njegove kolege su takođe uzbuđeni zbog tehnološkog napretka njihovog otkrića. „Pored društvenih prednosti našeg C-PVEH uređaja, oduševljeni smo doprinosima koji smo dali na polju prikupljanja energije i senzorske tehnologije. Kombinacija odlične gustine izlazne energije i visoke otpornosti može voditi buduća istraživanja u drugim kompozitima materijali za različite primene.“
