Các nhà khoa học khai thác nguồn năng lượng không sử dụng để cấp nguồn cho mạng cảm biến thông minh

Điện chiếu sáng nhà cửa và cung cấp năng lượng cho các thiết bị của chúng ta cũng tạo ra từ trường nhỏ có mặt xung quanh chúng ta. Các nhà khoa học đã phát triển một cơ chế mới có khả năng thu hoạch năng lượng từ trường lãng phí này và chuyển đổi nó thành đủ điện để cung cấp năng lượng cho các mạng cảm biến thế hệ tiếp theo cho các tòa nhà và nhà máy thông minh.

“Giống như ánh sáng mặt trời là nguồn năng lượng miễn phí mà chúng ta cố gắng thu hoạch, từ trường cũng vậy”, Shashank Priya, giáo sư khoa học và kỹ thuật vật liệu và phó chủ tịch nghiên cứu tại bang Pennsylvania nói. “Chúng tôi có nguồn năng lượng phổ biến này trong nhà, không gian văn phòng, không gian làm việc và xe hơi. Ở khắp mọi nơi, chúng tôi có cơ hội thu hoạch tiếng ồn nền này và chuyển đổi thành điện năng có thể sử dụng được.”

Một nhóm do các nhà khoa học của bang Pennsylvania dẫn đầu đã phát triển một thiết bị cung cấp năng lượng cao hơn 400% so với công nghệ tiên tiến khác khi làm việc với từ trường cấp thấp, giống như các thiết bị được tìm thấy trong nhà và tòa nhà của chúng ta.

Các nhà khoa học cho biết công nghệ này có ý nghĩa đối với việc thiết kế các tòa nhà thông minh, sẽ yêu cầu các mạng cảm biến không dây tự cấp nguồn để làm những việc như giám sát năng lượng và mô hình hoạt động và hệ thống điều khiển từ xa.

Trong các tòa nhà, người ta biết rằng nếu bạn tự động hóa rất nhiều chức năng, bạn thực sự có thể cải thiện hiệu quả năng lượng rất đáng kể. Các tòa nhà là một trong những nơi tiêu thụ điện lớn nhất ở Hoa Kỳ. Vì vậy, thậm chí một vài phần trăm mức tiêu thụ năng lượng có thể đại diện hoặc chuyển thành megawatt tiết kiệm. Cảm biến là thứ có thể tự động hóa các điều khiển này, và công nghệ này là một cách thực tế để cung cấp năng lượng cho các cảm biến.

Các nhà nghiên cứu đã thiết kế các thiết bị mỏng như giấy, dài khoảng 1,5 inch, có thể đặt trên hoặc gần các thiết bị, đèn hoặc dây nguồn nơi từ trường mạnh nhất. Các lĩnh vực này nhanh chóng tiêu tan khỏi nguồn dòng điện.

Khi đặt 4 inch từ lò sưởi không gian, thiết bị đã sản xuất đủ điện để cung cấp năng lượng cho 180 mảng LED và ở mức 8 inch, đủ để cung cấp năng lượng cho đồng hồ báo thức kỹ thuật số. Các nhà khoa học đã báo cáo những phát hiện trên tạp chí Khoa học Năng lượng và Môi trường .

Min Gyu Kang, một giáo sư nghiên cứu tại bang Pennsylvania và đồng tác giả của nghiên cứu cho biết: “Những kết quả này cung cấp những tiến bộ đáng kể đối với sức mạnh bền vững cho các cảm biến tích hợp và hệ thống truyền thông không dây”.

Các nhà khoa học đã sử dụng cấu trúc hỗn hợp, xếp hai vật liệu khác nhau lại với nhau. Một trong những vật liệu này là từ tính, biến đổi từ trường thành ứng suất, và vật liệu còn lại là áp điện, chuyển đổi ứng suất, hoặc rung động, thành điện trường. Sự kết hợp cho phép thiết bị biến một từ trường thành một dòng điện.

Thiết bị có cấu trúc giống như chùm tia với một đầu được kẹp và đầu còn lại tự động rung để đáp ứng với từ trường được áp dụng. Một nam châm được gắn ở đầu tự do của chùm tia khuếch đại chuyển động và góp phần tạo ra sản lượng điện cao hơn.

Cái hay của nghiên cứu này là nó sử dụng các vật liệu đã biết nhưng thiết kế kiến ​​trúc để cơ bản tối đa hóa việc chuyển đổi từ trường thành điện năng. Điều này cho phép đạt được mật độ năng lượng cao dưới từ trường biên độ thấp.

Rammohan Sri Ramdas, một giáo sư nghiên cứu tại bang Pennsylvania đã tham gia nghiên cứu.

Cùng đóng góp là Hyeon Lee và Prashant Kumar, trợ lý nghiên cứu tại Virginia Tech và Mohan Sanghadasa, nhà khoa học nghiên cứu cao cấp tại Trung tâm hàng không và tên lửa, Bộ tư lệnh phát triển khả năng chiến đấu của quân đội Hoa Kỳ.

Một số thành viên trong nhóm nghiên cứu này được tài trợ thông qua Văn phòng Nghiên cứu Hải quân và những người khác thông qua Quỹ Khoa học Quốc gia.

Nguồn truyện:

Tài liệu được cung cấp bởi bang Pennsylvania . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.

Tạp chí tham khảo :

1. Hyeon Lee, Rammohan Sriramdas, Prashant Kumar, Mohan Sanghadasa, Min Gyu Kang, Shashank Priya. Tối đa hóa việc phát điện từ từ trường xung quanh xung quanh cơ sở hạ tầng thông minh cho phép các thiết bị không dây tự cấp nguồn . Khoa học năng lượng & môi trường , 2020; DOI: 10.1039 / C9EE03902C