Energia elektryczna, która oświetla nasze domy i zasila urządzenia, wytwarza również niewielkie pola magnetyczne. Naukowcy opracowali nowy mechanizm, który jest w stanie zebrać tę zmarnowaną energię i przekształcić ją w energię elektryczną wystarczającą do zasilania sieci czujników nowej generacji dla inteligentnych budynków i fabryk.
– Światło słoneczne jest wolnym źródłem energii, które staramy się zbierać, tak samo powinniśmy traktować pola magnetyczne. Energia, którą wytwarzają jest obecna w naszych domach, pomieszczeniach biurowych, miejscach pracy i samochodach. Dlatego powinniśmy ją wyłapywać i przekształcać w użyteczną energię elektryczną – powiedział cytowany przez serwis techxplore.com Shashank Priya, profesor materiałoznawstwa i inżynierii oraz wiceprezes ds. badań w Penn State.
Technologia będzie wykorzystywana w inteligentnych budynkach
Zespół pod kierownictwem naukowców z Penn State opracował urządzenie, które zapewnia 400 procent większą moc niż inne najnowocześniejsze technologie podczas pracy z polami magnetycznymi o niskim poziomie, takimi jak te występujące w naszych domach i budynkach.
Technologia ta ma wpływ na projektowanie inteligentnych budynków, które będą wymagały samodzielnie zasilanych, bezprzewodowych sieci czujników do monitorowania energii i wzorców działania oraz systemów zdalnego sterowania.
– Budynki są jednym z największych konsumentów energii elektrycznej w Stanach Zjednoczonych. Więc nawet kilkuprocentowy spadek zużycia energii może stanowić lub przekładać się na megawaty oszczędności – powiedziała Priya.
Jak to działa?
Naukowcy zaprojektowali cienkie jak papier urządzenia, które mogą być umieszczone na lub w pobliżu urządzeń, świateł lub przewodów zasilających w miejscach, gdzie pole magnetyczne jest najsilniejsze.
W rozwiązaniu zastosowana została struktura kompozytowa, łącząca ze sobą dwa różne materiały. Jeden z tych materiałów jest magnetostrykcyjny, który przekształca pole magnetyczne w naprężenie, a drugi jest piezoelektryczny, który przekształca naprężenie lub wibracje w pole elektryczne. Kombinacja ta pozwala urządzeniu na przekształcenie pola magnetycznego w prąd elektryczny.
Urządzenie ma strukturę podobną do wiązki, z jednym końcem zaciśniętym, a drugim swobodnie wibrującym w odpowiedzi na przyłożone pole magnetyczne. Magnes zamontowany na wolnym końcu wiązki wzmacnia ruch i przyczynia się do większej produkcji energii elektrycznej.
– Piękno tych badań polega na tym, że wykorzystuje znane materiały, ale projektuje architekturę, która w zasadzie maksymalizuje przemianę pola magnetycznego w elektryczność. Pozwala to osiągnąć wysoką gęstość mocy przy niskiej amplitudzie pola magnetycznego – powiedział Priya.
W badaniach uczestniczyli również Hyeon Lee i Prashant Kumar, asystenci naukowi w Virginia Tech, oraz Mohan Sanghadasa, starszy pracownik naukowy w Centrum Lotnictwa i Rakiet, Dowództwo Rozwoju Zdolności Bojowych Armii USA.
