Самозарядный аккумулятор запасает энергию механической деформации

Исследователи из Технологического института Джорджии в журнале Nano Letters сообщили о демонстрации первого устройства, способного превращать механическую энергию напрямую в химическую, минуя стадию генерирования электричества. Оно совмещает в себе функции получения и сохранения энергии, действуя как гибрид генератора и батареи либо, как самозаряжающаяся энергетическая ячейка.

Приступая к созданию этого устройства ученые взяли таблеточную литий-ионную батарею и заменили в ней обычный полиэтиленовый разделитель электродов пьезоэлектрической пленкой PVDF. Под механической нагрузкой она генерирует заряд, и из-за своего положения между электродами, вызывает миграцию ионов лития с катода на анод для поддержания равновесия зарядов внутри батареи. Этот процесс миграции заряжает аккумулятор без всякого внешнего источника электрического напряжения.

Сконструированную таким образом батарею поместили в каблук ботинка. Эксперимент показал, что создаваемых при ходьбе компрессионных нагрузок с частотой 2,3 Гц было достаточно для увеличения напряжения устройства с 327 до 395 мВ за четыре минуты. Отмеченный рост на 65 мВ оказался существенно больше, чем 10 мВ — результат, достигнутый при разделении устройства на модуль пьезогенератора и литий-ионную батарею. Это наглядно продемонстрировало, что прямое преобразование механической энергии в химическую значительно превосходит по эффективности традиционный двухступенчатый процесс.

Полученный в опытах заряд уже достаточен для питания небольших портативных электронных устройств, кроме того авторы показали, что ячейка может заряжаться и до более высоких уровней напряжения (до 1,5 В), что открывает перед ней гораздо более широкий спектр приложений. Этому будет способствовать ряд модификаций конструкции, в частности, применение гибкого корпуса, увеличивающего деформации пьезоэлектрического материала.