Hatszor annyi energiát sikerült előállítani a semmiből!

Kínai mérnökök innovatív megoldása nyithatja meg az utat a jövő számára, lehetővé téve, hogy olyan elektromos eszközök születhessenek, amelyek nemcsak hatékonyabbak, hanem önellátóak is.

A Honan Egyetem kutatói Kínában egy innovatív kerámiaszálat hoztak létre, amely jelentősen fokozhatja a piezoelektromos nanogenerátorok (PENG) teljesítményét. A mérnöki számítások szerint ez az újdonság akár háromszorosára is növelheti a nanogenerátorok hatékonyságát - adta hírül az Interesting Engineering.

A piezoelektromos anyagok különleges tulajdonságukkal bírnak: képesek minimális mennyiségű elektromos áramot generálni, amint valamilyen külső erőhatás, mint például összenyomás, nyújtás vagy rezgés éri őket. Ezek a külső hatások származhatnak például az elektromos vezetékek rezgéseiből, az emberi mozgásból, vagy akár különböző gépek működéséből is.

A kutatók a piezoelektromos nanogenerátorok fejlesztése során bárium-kalcium-cirkónium-titanát kerámiát kombináltak ezüst nanorészecskékkel, ami egyedi, ágakra emlékeztető kerámiarészecskéket hozott létre. Ezek a szálak heterostruktúrát képeznek, amely különböző anyagokból áll és jelentősen fokozza a töltések szétválasztásának és szállításának hatékonyságát. Ez olyan, mintha a már meglévő vezetékekhez újabb vezetékeket csatlakoztatnának, így megkönnyítve az áram tárolását és továbbítását.

Az új fejlesztés két jelentős módon növeli a nanogenerátorok hatékonyságát. Egyrészt, a rendszer képes nagyobb mennyiségű elektromos áramot előállítani, másrészt pedig a töltések szállítása is sokkal eredményesebbé vált.

Amikor nyomás éri a generátort, az úgynevezett Schottky-diódák – amelyek fém és félvezető kombinációjából készülnek – kulcsszerepet játszanak abban, hogy a töltések a kívánt irányba haladjanak, elkerülve ezzel a szétszóródást. A Journal of Advanced Ceramics című tudományos folyóiratban közzétett kutatás szerint a szakértők a módszer alkalmazásával 96,4 voltot és 15,52 mikroampert tudtak előállítani. Ez az eredmény körülbelül 3-6-szorosan meghaladja a hagyományos piezoelektromos nanogenerátorok által elérhető teljesítményt.

A vizsgálatok során megállapították, hogy a nanogenerátorok a környezetükből, konkrétan a vezetékek rezgéseiből nyerik ki az energiát, így elkerülve az akkumulátorok használatát. Ez a rendszer innovatív módon ötvözi az áramköröket, a vezeték nélküli kommunikációt és a gépi tanulást, lehetővé téve számára, hogy folyamatosan figyelemmel kísérje a rezgéscsillapító eszközök állapotát, és azonnal jelezze, ha bármilyen anomália lép fel a működésükben.

Mivel a pontossága nagyjából 96 százalékos volt, ez a megoldás a jelek szerint használható lehet például az elektromos hálózatok monitorozására. Ez végső soron gyorsabb és hatékonyabb karbantartást eremdényezhet.

A kutatók kiemelik: jelenleg ez csupán egy kezdeti kutatási fázis, és a jövőben szükség van a rendszer további finomítására, hogy valóban önfenntartó és hatékony berendezések születhessenek.