Un nuovo dispositivo ibrido per la raccolta dell'energia potrebbe un giorno sostituire la necessità di batterie in alcuni dispositivi elettronici a bassa potenza. Il nuovo dispositivo raccoglie l'energia ambientale sprecata sia dalle vibrazioni meccaniche che dai campi magnetici per generare elettricità sostenibile, che potrebbe potenzialmente fornire energia sufficiente per far funzionare sensori wireless, pacemaker cardiologici, e altre applicazioni.

I ricercatori, guidato da Fulei Chu alla Tsinghua University di Pechino, hanno pubblicato un articolo sul nuovo dispositivo ibrido per la raccolta di energia in un recente numero di Lettere di fisica applicata .

Negli ultimi anni, la raccolta di energia è diventata un'opzione sempre più interessante per sostituire le batterie utilizzate nei dispositivi a bassa potenza. Considerando che le batterie hanno una durata limitata e devono essere sostituite o ricaricate regolarmente, i dispositivi per la raccolta di energia possono idealmente funzionare in modo autonomo per periodi di tempo molto più lunghi.

Una delle maggiori sfide che devono affrontare gli energy harvester è generare energia sufficiente per applicazioni pratiche. Un modo per aumentare la potenza di uscita è raccogliere più di un tipo di energia. Per esempio, sebbene ci siano una varietà di dispositivi che raccolgono energia meccanica o energia magnetica, pochissimi dispositivi possono raccogliere entrambi, nonostante il fatto che l'energia meccanica e magnetica ambientale spesso appaiano insieme negli ambienti industriali, come vicino a macchine elettriche rotanti.

Nel nuovo studio, i ricercatori hanno dimostrato che l'energia meccanica e magnetica sono "interattive, " affinché, quando combinato, aumentano la potenza di uscita ottimale al di sopra del livello possibile utilizzando ciascun tipo di energia da solo. Hanno dimostrato i miglioramenti sia a livello teorico che sperimentale utilizzando un raggio a sbalzo realizzato con un materiale laminato magnetostrittivo/pieozoelettrico, che si muove in risposta sia a campi magnetici che a vibrazioni.

"Abbiamo proposto l'idea di sfruttare due diversi approcci di raccolta di energia e mostrare le loro interazioni, " Chu ha detto Phys.org . "Come sappiamo, gli energy harvester sono stati studiati per decenni e sono coinvolti molti metodi. Però, ogni approccio ha i suoi difetti. È difficile e interessante superare i limiti del singolo raccoglitore di energia. Inoltre, rivelare la relazione interattiva è importante per il lavoro nel suo insieme."

Tra i loro risultati, i ricercatori hanno scoperto che la potenza in uscita dipende dal fatto che le eccitazioni meccaniche e magnetiche abbiano frequenze uguali o diverse. Se le frequenze sono le stesse, quindi la loro differenza di fase (di quanto un'onda è sfasata rispetto all'altra) influisce direttamente sulla tensione di uscita. D'altra parte, se le frequenze sono diverse, quindi la differenza di fase ha scarso effetto sulla tensione di uscita, ed infatti la tensione di uscita ibrida non è più una semplice onda sinusoidale.

Con queste intuizioni, i ricercatori hanno dimostrato miglioramenti nella capacità energetica, affidabilità, e potenza di uscita ottimale del dispositivo ibrido per la raccolta dell'energia. Globale, credono che le prestazioni del dispositivo suggeriscano che l'approccio ibrido offra un'alternativa promettente per alimentare l'elettronica a bassa potenza in futuro.

"Abbiamo in programma di condurre ricerche più approfondite nel campo degli energy harvester in futuro, " Chu ha detto. "Energia del vento, energia delle onde, e le applicazioni dei materiali più intelligenti nei sistemi energetici saranno al centro della nostra ricerca oltre alle ulteriori indagini di questo documento".

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