Новости химической науки > Прогуляйтесь, чтобы подзарядить телефон

Вместо того, чтобы пройтись до ближайшего магазина и купить батарейки для карманного фонарика, скоро можно будет просто пройтись – в любом направлении.

Пара исследователей из Висконсина разработали новое устройство, способное перерабатывать энергию механического движения в электроэнергию, вырабатывая достаточно электричества для перезарядки сотовых телефонов, камер и многих других электронных устройств.

Такие системы преобразования электрической энергии в механическую не смогут полностью избавить нас от необходимости использования батареек и аккумуляторов, однако после начала практического использования они смогут позволить нам существенно реже перезаряжать аккумуляторы или менять батарейки.

Сжатие или смещение пластин, между которыми вложены электропроводные капли эффективно конвертирует энергию механического движения в электрическую. (Рисунок из Nature Communications, 2011, 2, 448; doi:10.1038/ncomms1454)

Хотя обычная ходьба и не является существенной физической нагрузкой, при ходьбе выделяется достаточное количество энергии. Прежние исследования показали, что определенное количество энергии выделяется с каждым шагом в виде тепла, однако предпринимавшиеся ранее попытки «уловить» эту энергию и конвертировать ее в электроэнергию приводили лишь к устройствам, способным генерировать лишь милливатты или сотни микроватт энергии. Такой энергии, очевидно, недостаточно для перезарядки обычного аккумулятора для портативной электроники.

Один из типов системы для накопления энергии, конструкция которого легла в основу новой разработки, представляет собой обычный конденсатор, состоящий из пары металлических электродов, между которыми имеется зазор или слой изолятора. При приложении к электродам постоянного электрического тока на одном из электродов накапливается положительный заряд, а на другом – отрицательный. При этом, если к одному из электродов прилагается механическая сила, может произойти понижение емкости конденсатора, увеличение напряжения на электродах конденсатора и протеканию электрического тока по сети, к которой подключен конденсатор.

Ключом для генерирования электрического тока за счет понижения емкости конденсатора является уменьшение зазора между электродами – уменьшение зазора приводит к увеличению разности электродного потенциала и большему значению тока, который мажешь быть создан системой до возвращения электродов в исходное положение, после чего цикл может быть повторен. Однако добиться сближения двух электродов весьма сложно из-за того, что их поверхность не является идеально ровной. Обычно можно добиться микрометрового сближения электродов, такой зазор слишком велик для получения значительных количеств электроэнергии.

Том Крупенкин (Tom Krupenkin) и Эшли Тейлор (J. Ashley Taylor) из Университета Висконсина решили модифицировать систему, заменив один из твердотельных электродов электропроводной жидкостью. Исследователи взяли электропроводную твердую подложку, на которой были размещены капли электропроводной жидкости, второй электрод – металлическая пластина, покрытая слоем изолятора толщиной от 10 до 50 нм, за счет чего можно было достигнуть зазора между электродами от 10 до 50 нм. Электропроводную подложку и металлический электрод объединяли в электрическую цепь.

Полученная система работает следующим образом – при движении твердотельного электрода вниз происходит сжатие жидких электропроводных капель, при этом достигается сближение электродов, достаточное для значительного понижения емкости конденсатора и выделяется значительное количество электроэнергии. По словам исследователей, масштабирование новой системы до размеров подошвы обычного ботинка позволяет добиваться мощности устройства около 2 ватт. Крупенкин отмечает, что такой мощности хватит для полной перезарядки стандартного аккумулятора сотового телефона в течение двухчасовой пешей прогулки.

Жонг Лин Вонг (Zhong Lin Wang), пионер по разработке энергоперерабатывающих устройств из Технологического Университета Джорджии, отмечает, что применение жидких электропроводных капель представляет собой изящное решение – дизайн Крупенкина и Тейлора позволяет увеличить производительность системы в тысячу раз по сравнению с существующими. Крупенкин добавляет, что новая система может быть масштабирована для сбора энергии с помощью сотен и тысяч жидких капель.

Источник: Nature Communications, 2011, 2, 448; doi:10.1038/ncomms1454

метки статьи: #бытовая химия, #нанотехнологии, #новые материалы, #физическая химия, #химическая технология