«Так же, как солнечный свет является бесплатным источником энергии, который мы пытаемся собрать, так и магнитные поля», – сказал Шашанк Прия, профессор материаловедения и инженерии и заместитель вице-президента по исследованиям в Пенсильвании. "Эта вездесущая энергия присутствует в наших домах, офисных помещениях, рабочих местах и автомобилях. Он повсюду, и у нас есть возможность собрать этот фоновый шум и преобразовать его в полезную электроэнергию."
Группа ученых под руководством ученых из Пенсильванского университета разработала устройство, которое обеспечивает на 400 процентов более высокую выходную мощность по сравнению с другими современными технологиями при работе с низкоуровневыми магнитными полями, такими как те, которые встречаются в наших домах и зданиях.
По словам ученых, эта технология имеет значение для проектирования интеллектуальных зданий, для которых потребуются автономные беспроводные сенсорные сети для таких вещей, как мониторинг энергопотребления и рабочих схем, а также системы удаленного управления.
«В зданиях известно, что если вы автоматизируете множество функций, вы можете значительно повысить энергоэффективность», – сказала Прия. "Здания являются одними из крупнейших потребителей электроэнергии в США. Таким образом, даже снижение энергопотребления на несколько процентов может означать или перевести в мегаватты экономии.
Датчики – это то, что позволит автоматизировать эти элементы управления, и эта технология представляет собой реалистичный способ питания этих датчиков."
Исследователи разработали устройства толщиной с бумагу, около 1.5 дюймов длиной, которые можно разместить на приборах, светильниках или шнурах питания или рядом с ними, где магнитные поля наиболее сильны. По словам ученых, эти поля быстро рассеиваются вдали от источника электрического тока.
При размещении на расстоянии 4 дюймов от обогревателя устройство производило достаточно электроэнергии для питания 180 светодиодных матриц, а на расстоянии 8 дюймов – достаточно для питания цифрового будильника.
Ученые сообщили о результатах в журнале Energy and Environmental Science.
«Эти результаты обеспечивают значительный прогресс в направлении устойчивого энергоснабжения интегрированных датчиков и систем беспроводной связи», – сказал Мин Гю Кан, доцент-исследователь в Пенсильванском университете и соавтор исследования.
Ученые использовали композитную структуру, сложив вместе два разных материала. Один из этих материалов является магнитострикционным, который преобразует магнитное поле в напряжение, а другой – пьезоэлектрическим, который преобразует напряжение или колебания в электрическое поле.
Комбинация позволяет устройству превращать магнитное поле в электрический ток.
Устройство имеет балочную конструкцию, один конец которой зажат, а другой может вибрировать в ответ на приложенное магнитное поле. По словам ученых, магнит, установленный на свободном конце луча, усиливает движение и способствует более высокому производству электроэнергии.
«Прелесть этого исследования в том, что в нем используются известные материалы, но при этом спроектирована архитектура для максимального преобразования магнитного поля в электричество», – сказала Прия. «Это позволяет достичь высокой плотности мощности в магнитных полях с низкой амплитудой."
Раммохан Шри Рамдас, доцент Университета Пенсильвании, участвовал в исследовании.
Также внесли свой вклад Хён Ли и Прашант Кумар, научные сотрудники Технологического института Вирджинии, и Мохан Сангхадаса, старший научный сотрудник Центра авиации и ракет, США.S.
Командование развития боевых возможностей армии.
Некоторые члены команды в этом исследовании финансировались Управлением военно-морских исследований, а другие – Национальным научным фондом.