Система использует маленький конденсатор, чтобы захватить переменный ток, произведенный биомеханической деятельностью. Когда первый конденсатор заполняется, схема управления электропитанием тогда подает электричество в батарею или более крупный конденсатор. Это второе устройство хранения данных поставляет постоянный ток при напряжениях, подходящих для включения носимых и мобильных устройств, таких как часы, кардиомониторы, калькуляторы, термометры – и даже беспроводные отдаленные устройства входа для транспортных средств.Соответствуя импедансу устройства хранения данных к тому из triboelectric генераторов, новая система может повысить энергоэффективность со всего одного процента до целых 60 процентов.
Об исследовании сообщили 11 декабря в журнале Nature Communications.«С высокой производительностью triboelectric генератор и эта схема управления электропитанием, мы можем привести диапазон в действие заявлений от человеческого движения», сказал Сымяо Ню, научный сотрудник выпускника в Школе Материаловедения и Разработки в Технологическом институте штата Джорджия. «Первая стадия нашей системы соответствует triboelectric наногенератору, и вторая стадия соответствует применению, которое это будет приводить в действие».
Наногенераторы Triboelectric используют комбинацию triboelectric эффекта и электростатической индукции, чтобы произвести небольшие количества электроэнергии от механических движений, таких как вращение, скольжение или вибрация. triboelectric эффект использует в своих интересах то, что определенные материалы становятся электрически заряженными после того, как они входят в движущийся контакт с поверхностью, сделанной из различного материала. Однако продукция – переменный ток, который может привести в действие заявления, такие как светодиодное освещение – но не идеален для мобильных устройств.Обычный переменный ток может быть преобразован в постоянный ток при помощи трансформатора – но такое устройство требует последовательности в количестве циклов в секунду.
Поскольку биомеханические источники энергии, такие как ходьба или укол пальца производят колеблющуюся амплитуду и переменные частоты, стандартный трансформатор не может использоваться. Кроме того, продукция от triboelectric генератора имеет тенденцию иметь высокое напряжение и низкий ток – в то время как заявления на него требуют совсем противоположного: низкое напряжение и более высокий ток.Чтобы решить проблему, Ню и сотрудники под наблюдением профессора Чжун Линь Вана в Технологическом институте Джорджии разработали их систему управления электропитанием, которая преобразовывает колеблющиеся амплитуды власти и переменные частоты к непрерывному постоянному току.
Система управления электропитанием может работать с любым triboelectric генератором, который производит минимум 100 микроватт. Система требует некоторого права работать, но дает компенсацию увеличение полное производство целых 330 раз, чтобы достигнуть уровней милливатта.«Не имеет значения, какое механическое движение или какую частоту механического движения Вы имеете пока энергетический вход, высоко», сказал Ню. «Это – критический шаг в коммерциализации triboelectric наногенераторов, потому что она открывает диапазон новых заявлений».
С пальцем, выявляющим как единственный источник энергии, блок питания обеспечивает непрерывный постоянный ток 1,044 милливатт. Единица может работать непрерывно с движением, позволяя устройствам управляться, как раз когда устройство заряжает батарею или конденсатор.
Вне портативной электроники Ню полагает, что система могла быть полезной в двигающихся на большой скорости сетях датчиков, позволив долгосрочную операцию без потребности в замене батарей.«В сети датчика у Вас было бы столько устройств, что Вы не могли заменить все батареи», сказал он. «Эта технология позволила бы Вам приводить датчики в действие, получив энергию от окружающей среды и затем непосредственно обеспечив энергию для каждого компонента сети».Со схемой управления энергетикой, продемонстрированной в этом доказательстве понятия, следующий шаг должен будет миниатюризировать схему, чтобы вписаться в полную систему, сказал Чжун Лин Ван, преподаватель Регентов в Школе Технологического института Джорджии Материаловедения и Разработки, кто привел разработку оригинальных triboelectric наногенераторов.
«Это новое устройство обеспечивает мост между triboelectric наногенератором и многими различными типами заявлений», сказал он. «Эта работа позволит нам строить пакет, который может привести носимые и мобильные устройства в действие от движения людей. С постоянной продукцией от батареи или большого конденсатора, Вы можете вести примерно любое устройство, которое Вы хотите».
Система управления электропитанием могла также быть применена к пьезоэлектрическим и пироэлектрическим генераторам, которые также производят переменный ток.В 2012 Ван и его исследовательская группа объявили о triboelectric наногенераторах, которые производят небольшие количества электричества от движения в мире вокруг нас – захватывая электрическое обвинение, произведенное, когда два различных видов пластмассовых материалов трутся друг о друга. На основе гибких материалов полимера triboelectric генераторы обеспечивают переменный ток (AC) от действий, таких как ходьба.Изменения в структурах генератора позволяют множество заявлений в зависимости от источника механической энергии.
Команда Вана сообщила о четырех главных группах генераторов включая тех, которые действуют (1) вертикальный способ разделения контакта, (2) скользящий способ ответвления, (3) одно-электронный способ, и (4) автономный способ triboelectric-слоя. Есть также гибридные комбинации этих главных структурных способов.