Двухуровневое управление повышает эффективность сбора энергии движения

Обычный переменный ток преобразуется в постоянный с помощью трансформатора, но такой способ требует стабильной частоты колебаний. Трибоэлектрические генераторы, использующие в качестве источников энергии движения пальцев, ходьбу или бег, дают ток с беспорядочно меняющимися амплитудой и частотой, непригодный для трансформатора. Вдобавок, для таких генераторов характерны высокое напряжение и низкий ток, тогда как потребности приложений прямо противоположны — низкое напряжение и высокий ток.

Сотрудники Технологического института Джорджии (Georgia Tech) во главе с профессором Чжон Линь Ваном (Zhong Lin Wang) нашли решение этой проблемы — они разработали систему управления питанием, которая преобразует флуктуирующие частоты и амплитуды в непрерывный постоянный ток. О подробностях своего исследования они рассказали в недавнем номере журнала Nature Communications.

Созданная ими двухуровневая система рассчитана на работу с трибоэлектрическим генератором, выходная мощность которого составляет не менее 100 микроватт. Она расходует часть получаемой энергии, но компенсирует это увеличивая общий выход в 330 раз, до милливаттного уровня. С пальцем в качестве единственного источника энергии, система генерировала непрерывный ток мощностью 1,044 мВт.

Для сбора переменного тока от биомеханической активности система использует небольшой конденсатор. После его заполнения, электричество переносится в более емкий конденсатор или батарею. Этот вторичный накопитель даёт постоянный ток с напряжением, подходящим для питания носимых и мобильных устройств (часы, термометры, датчики ЧСС). При совпадении импедансов накопителя и трибоэлектрического генератора, эффективность улавливания энергии системой может повышаться с 1 до 60%.

«Это новое устройство образует мостик между трибоэлектрическим наногенератором и многими типами приложений, — утверждает профессор Ван. — Стабильная подача питания из батареи или большого конденсатора позволит вам приводить в действие практически любое устройство».

Ещё один участник работы, Симяо Ню (Simiao Niu), назвал её этапным достижением на пути к коммерческому внедрению трибоэлектрических наногенераторов.