Энергетический мусор преобразуют в электроэнергию | Новости науки
Ученые Новосибирского государственного технического университета НЭТИ разрабатывают альтернативный способ получения электроэнергии. Его суть состоит в создании электростатических микроэлектромеханических источников питания (микрогенераторов), преобразующих энергию механических колебаний в электрическую энергию. Они позволяют заменить традиционные батареи и аккумуляторы, которые требуют периодической замены или подзарядки, сообщили в пресс-службе университета.
«Разработка альтернативных источников энергии соответствует приоритетным задачам научно-технологического развития региона. Проект получает грантовую поддержку в рамках региональных конкурсов РНФ в размере 3 миллионов рублей. В 2023 году в регионе совместно с РНФ поддержано 72 проекта фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований на сумму 86 миллионов рублей. Разрабатываемые принципы проектирования будут способствовать запуску производства новых видов микроэлектромеханических систем (акселерометры, гироскопы, микрогенераторы электрической энергии) на предприятиях электронной промышленности города Новосибирска, таких как АО „НЗПП Восток“», — рассказал министр науки и инновационной политики Новосибирской области Вадим Васильев.
По его словам, создаваемые источники питания позволят упростить обслуживание и значительно расширить области применения беспроводных устройств. Они теоретически могут использоваться, например, в качестве источников питания для имплантированных кардиостимуляторов. Кроме того, микрогенераторы могут работать при низких температурах, характерных для Новосибирской области в зимний период, при которых емкость батарей и аккумуляторов сильно уменьшается.
«Энергия может накапливаться от внешних источников окружающей среды: свет, тепло, движение, и сохраняться в виде электрической энергии в аккумуляторе или конденсаторе. Накопленная энергия обычно используется для питания маломощных беспроводных электронных устройств: автономных информационно-измерительных систем, датчиков и беспроводных сенсорных сетей. Актуальность проекта обусловлена, во-первых, тем, что в окружающей нас среде много так называемого энергетического мусора: это различные шумы, вибрации. Во-вторых, существует потребность в автономных источниках питания для различных датчиков, которые проблематично и/или экономически нецелесообразно запитывать проводным способом. Поэтому возникла идея энергетический мусор преобразовывать в электрическую энергию и подзаряжать аккумуляторы, от которых эти датчики питаются. Мы разрабатываем устройство, основанное на преобразовании энергии механических вибраций, присутствующих в окружающей среде, в электрическую энергию с помощью электростатического микроэлектромеханического преобразователя (МЭМС-преобразователя)», — отметил руководитель проекта, заведующий кафедрой полупроводниковых приборов и микроэлектроники факультета радиотехники и электроники НГТУ НЭТИ кандидат технических наук Дмитрий Остертак.
МЭМС-преобразователи основаны на микроэлектромеханических системах, включающих в себя механические, электрические узлы и электронные схемы. В основе работы электростатических МЭМС лежит конденсатор переменной емкости, в котором и происходит преобразование механической энергии в электрическую.
«Мы исследуем различные источники вибрации — бытовых приборов, оконного стекла при движении транспорта, колебания шпал при прохождении поезда, оцениваем, какую энергию можно получить из этих вибраций с помощью нашего устройства и достаточно ли ее будет, чтобы запитать те или иные датчики. К примеру, вибрации, связанные с прохождением поезда по рельсам, могут быть применимы в датчиках целостности железнодорожного полотна, сигнализирующих о каких-либо неполадках. Это актуально там, где нет электрификации железной дороги. МЭМС-преобразователь можно использовать в автомобилестроении — в датчиках давления шин, в медицине — в качестве источников питания для имплантированных кардиостимуляторов, а также в различных гаджетах, чтобы увеличить время автономной работы», — объяснил Дмитрий Остертак.
Ученые создали несколько лабораторных образцов устройства. Сейчас они ведут оптимизацию и поиск способов увеличения их эффективности, чтобы иметь возможность получать больше энергии в результате работы микрогенератора.
Работа проходит по проекту «Исследование принципов построения электростатических МЭМС-преобразователей энергии вибрации в электрическую энергию» при поддержке Российского научного фонда и правительства Новосибирской области.