قامت مجموعة بحثية دولية بقيادة جامعة توهوكو اليابانية بتصميم جهاز جديد لتوليد الطاقة من خلال الجمع بين المركبات الكهروضغطية والبوليمر المدعم بألياف الكربون (CFRP)، وهي مادة شائعة الاستخدام تتميز بالخفة والقوة. يحول الجهاز الجديد الاهتزازات من البيئة المحيطة إلى كهرباء، مما يوفر وسيلة فعالة وموثوقة لأجهزة الاستشعار التي تعمل بالطاقة الذاتية.

تم نشر تفاصيل بحث المجموعة في مجلة نانو إنرجي (Nano Energy) بدون نظام حظر الاشتراك غير المدفوع.

يتضمن حصاد الطاقة تحويل الطاقة من البيئة باستخدام الكهرباء الانضغاطية إلى طاقة كهربائية قابلة للاستخدام وهو أمر بالغ الأهمية لضمان مستقبل مستدام.

قال فوميو ناريتا المؤلف المشارك للدراسة والأستاذ في كلية الدراسات البيئية بجامعة توهوكو: “إن العناصر اليومية من الثلاجات إلى مصابيح الشوارع متصلة بالإنترنت كجزء من إنترنت الأشياء (IoT)، والعديد منها مزودة بأجهزة استشعار تجمع البيانات. لكن أجهزة إنترنت الأشياء هذه تحتاج إلى طاقة لتعمل، وهو أمر يمثل تحديًا إذا كانت في أماكن نائية، أو إذا كان هناك الكثير منها”.

يمكن لأشعة الشمس والحرارة والاهتزازات توليد الطاقة الكهربائية. يمكن استخدام الطاقة الاهتزازية بفضل قدرة المواد الكهروضغطية على توليد الكهرباء عند الإجهاد المادي. وفي الوقت نفسه، يستخدم البوليمر المدعم بألياف الكربون في صناعات الطيران والسيارات والمعدات الرياضية والمعدات الطبية بسبب متانته وخفتها.

قال ناريتا: “لقد فكرنا في ما إذا كان حاصدة طاقة الاهتزاز الكهروإجهادية (PVEH) – التي تسخر قوة البوليمر المدعم بألياف الكربون جنبًا إلى جنب مع مركب كهروضغطي – يمكن أن تكون وسيلة أكثر كفاءة ودائمًا لحصاد الطاقة”.

قامت المجموعة بتصنيع الجهاز باستخدام مزيج من البوليمر المدعم بألياف الكربون وجزيئات نيوبات الصوديوم بوتاسيوم (KNN) مختلطة مع راتنجات الايبوكسي. كان البوليمر المدعم بألياف الكربون بمثابة قطب كهربائي وركيزة تقوية.

حقق ما يسمى بجهاز سي – بي في إي إتش (C-PVEH) توقعاته. كشفت الاختبارات والمحاكاة أنه يمكن أن يحافظ على الأداء العالي حتى بعد الانحناء أكثر من 100,000 مرة. أثبتت قدرتها على تخزين الكهرباء المتولدة وتشغيل المصابيح ثنائية الباعث للضوء (ليد) (LED). بالإضافة إلى ذلك، فقد تفوقت على مركبات البوليمر الأخرى القائمة على نيوبات الصوديوم بوتاسيوم من حيث كثافة ناتج الطاقة.

يساعد سي – بي في إي إتش (C-PVEH) في دفع تطوير مستشعرات إنترنت الأشياء التي تعمل بالطاقة الذاتية، مما يؤدي إلى أجهزة إنترنت الأشياء أكثر كفاءة في استخدام الطاقة.

ناريتا وزملاؤه متحمسون أيضًا للتقدم التكنولوجي لاكتشافهم. بالإضافة إلى الفوائد المجتمعية لجهاز سي – بي في إي إتش (C-PVEH)، نحن سعداء بالمساهمات التي قدمناها في مجال تجميع الطاقة وتكنولوجيا الاستشعار. وأضاف أن المزج بين كثافة ناتج الطاقة الممتازة والمرونة العالية يمكن أن يوجه البحوث المستقبلية نحو مواد مركبة أخرى في تطبيقات متنوعة.

إن الكهرباء الانضغاطية مجال رائع. ومع الكثير من القواسم المشتركة مع الميكروفونات التي تولد معلومات كهربائية – ستصنع الكهرباء الانضغاطية ببساطة الوات. الغريب أن صنع ميكروفونات عالية الأداء أكثر تطوراً بكثير من الأجهزة الكهروضغطية.

كان الحصول على حركة كافية لثني جهاز كهروضغطي نقطة انطلاق لها تنوع هائل. إن محرك الديزل شديد التحمل الذي يهتز هو شيء مختلف تمامًا عن هيكل ينحني في مهب الريح.

تقترب هذه التقنية من مصادر الطاقة الصغيرة ذات التردد العالي.لم يكن هناك أي أجهزة كهروضغطية فعالة من حيث التكلفة للبيع في السوق الشامل. لكن الفجوة تضيق أمام قابلية التسويق.

اقرأ أيضًا أبرز الأحداث الاقتصادية والمالية في الولايات المتحدة خلال النصف الأول من العام

المصدر: أويل برايس