Ученые технического научно-исследовательского центра VTT Финляндии продемонстрировали новое устройство для выработки электрической энергии. Новый метод использует принцип накопления энергии от механических колебаний среды и последующего преобразования в электричество. Подобные энергонакопители необходимы, например, в беспроводных датчиках с автономным питанием и медицинских имплантатах, где они в конечном счете могут заменить батареи. В будущем энергонакопители смогут применяться во многих областях, таких как носимая электроника, к примеру.

Ученые VTT успешно создали энергию, используя явление зарядки, что происходит естественно между двумя телами с различными значениями работы выхода. Работа выхода представляет собой количество энергии, необходимое для удаления электрона из твердого вещества. Когда два проводящих тела с различными значениями работы выхода связаны друг с другом электрически, они накапливают противоположные заряды. Перемещение этих тел друг относительно друга генерирует энергию из-за электростатической силы между противоположными зарядами. В эксперименте VTT энергия, вырабатываемая этим движением, была преобразована в полезную электрическую энергию путем подключения тел к внешней цепи. Этот новый метод преобразования энергии также пригоден для полупроводников.

Во многих приложениях датчиков и медицинских имплантатов электричество обычно вырабатывается батарей. Исследования малых энергонакопителей, которые превращают механическую вибрацию в электричество, было сосредоточено на пьезоэлектрических и электростатических устройствах. В отличие от этих устройств изобретение VTT не требует встроенных аккумуляторов, электретов или пьезоэлектриков.

В эксперименте использовались алюминиевая и медная пластина, электрически соединенные друг с другом. Медная пластина была жестко закреплена, а алюминиевая подвергалась механическим воздействиям разной частоты.

Схематическое изображение экспериментальной установки: (а) вид сверху всей установки и (b) вид сбоку кулачкового диска. (e, f) Временные зависимости измеренных и смоделированных напряжений на нагрузочном резисторе (1 ГОм), подключенного к Cu / Al параллельно пластины с минимальным расстоянием между пластинами (e) 170 мкм и (f) 580 мкм.

По оценкам VTT, эта новая технология производства электроэнергии может начать использоваться в промышленных масштабах через 3–6 лет. Подобные энергонакопители могут заменить батарейки и другие источники энергии в тех случаях, когда их техническое обслуживание затруднено или невозможно.