Сонгюнгван: трибоэлектрический генератор постоянного тока с коэффициентом пиковости 1,143 и IoT без батареи

Исследовательская группа под руководством профессора Бэк Чжон Мин с факультета перспективных материалов Университета Сонгюнгван разработала трибоэлектрический генератор постоянного тока (TDCG) и работающую на нём систему интернета вещей (IoT) без батареи, сообщило издание kookminnews. Генератор превращает трение в постоянный ток, которым можно питать электронику без отдельной схемы преобразования kookminnews.comkookminnewskookminnews.comОткрыть источник ↗. Первый автор работы — аспирант Ким До Хон.

Почему важен постоянный ток

Трибоэлектрические генераторы превращают обычные движения в электрическую энергию, подобно статическому разряду при снятии одежды зимой. Обычные устройства дают переменный ток с сильно скачущим напряжением и постоянно меняющимся направлением kookminnews.comkookminnewskookminnews.comОткрыть источник ↗. Большинству электроники, например смартфонам и датчикам, нужен ровный постоянный ток, поэтому сигнал проходит через выпрямитель, где теряется значительная часть энергии kookminnews.comkookminnewskookminnews.comОткрыть источник ↗.

Конструкция, материалы и результаты испытаний

Команда использовала то, что заряд, возникающий при трении, вызывает электрическую поляризацию внутри специальной керамики. Структуру электродов спроектировали так, чтобы электроны шли только в одном направлении вслед за сигналом трения. В итоге коэффициент пиковости, описывающий всплески напряжения, снижен до 1,143, и устройство напрямую выдавало ровный постоянный ток kookminnews.comkookminnewskookminnews.comОткрыть источник ↗.

Авторы также создали композит из керамических частиц титаната бария и функционального полимера. По данным команды, он удерживает на поверхности больше заряда и снижает сопротивление трения и износ. Генератор сохранял характеристики при многократных циклах трения без износа и стабильно вырабатывал электричество в течение 25 часов при влажности 99% kookminnews.comkookminnewskookminnews.comОткрыть источник ↗.

В демонстрации движение двери питало самозапитываемую многодатчиковую IoT-систему, которая фиксирует открытие двери, измеряет температуру и отслеживает положение с помощью Bluetooth-датчика kookminnews.comkookminnewskookminnews.comОткрыть источник ↗. Авторы считают подход пригодным для умной логистики, перевозки охлаждённых продуктов и проверок промышленных объектов, где трудно регулярно менять батареи. Бэк заявил, что группа продолжит прикладные исследования для более широкого внедрения сенсорных сетей без батарей. Работа опубликована в журнале Energy & Environmental Science под названием «Triboelectric DC generation via dielectric polarization coupling for self-powered IoT systems» kookminnews.comkookminnewskookminnews.comОткрыть источник ↗.