Наногенераторы для зарядки портативных устройств

Команда инженеров из нескольких университетов разработала то, что в перспективе поможет решить проблему несвоевременной разрядки батарей портативных электронных устройств, таких как сотовые телефоны, смартфоны, планшеты и другие. Гаджеты можно будет подзаряжать буквально на ходу, исключая необходимость подключения к розетке посредством электрического провода.

Встроенные непосредственно в корпус или в чехол мобильного устройства наногенераторы будут собирать и преобразовывать в электричество энергию вибрации поверхности, например пассажирского сиденья движущегося автомобиля, и заряжать ею аккумулятор мобильного устройства, такого как смартфон.

Доцент материаловедения и инженерии Висконсинского университета в Мэдисоне, Сюйдун Ван считает, что развитие этой идеи приведет к созданию самозаряжающейся персональной электроники.

Сюйдун Ван вместе со своим студентом Янчао Мао и соавторами из университета Сунь Ятсена в Китае, и университета Миннесоты в городе Дулут, США, описали свое изобретение, — мезопористый пьезоэлектрический наногенератор , в статье для журнала Advanced Energy Materials за 27 января 2014 года.

Наногенератор в своей основе использует пьезоэлектрический полимерный материал, называемый ПВДФ (поливинилиденфторид). Пьезоэлектрические материалы, по своей сути, способны генерировать электричество под действием механической силы. Так же они механически деформируются под действием электрического поля.

Вместо обычного деформирования или действия электрическим полем, исследователи включили в тонкую пленку ПВДФ наночастицы оксида цинка, которые теперь позволят получать пьезоэлектрический эффект даже при незначительных вибрациях, чтобы затем аккумулировать электрическую энергию.

Далее наночастицы были стравлены с пленки, в результате чего получились взаимосвязанные поры – «мезопоры» — материал похожий на губку. Именно такой губчатый материал и явился ключом к преобразованию энергии вибраций. Сюйдун Ван говорит, что чем материал мягче, тем он более чувствителен к малым вибрациям.

Сам наногенератор включает в себя тонкие пластины электродов с двух сторон мезопористой полимерной пленки, которая может быть прикреплена к любого рода поверхности, будь то гладкая кожа человека, или какая-нибудь другая неровная поверхность.

Если говорить о смартфонах, то масса устройства поможет усилить генерируемую электрическую мощность, благодаря увеличению смещения. Например, человек просто идет или бежит, а смартфон благодаря этому эффективно заряжается.

В будущем наногенераторы вполне могут стать неотъемлемой составной частью многих электронных устройств, например, в качестве задней панели или корпуса устройства, чтобы напрямую питать его энергией, полученной от вибраций окружающей среды.

Команда считает, что простота изготовления позволит масштабировать подобные наногенераторные установки до больших размеров. А возможность настройки механических свойств пленок и их дизайна сделает возможной реализацию структур как для питания телефонов, так и для автономного питания сенсорных систем.