Генератор статического электричества собирает до 1 мВт мощности
Georgia Tech создала устройство сбора энергии, источником которого является статическое электричество, вырабатываемое при контакте двух специальных материалов. Для оптимизации процесса извлечения энергии применяется согласующий импеданс DC/DC-преобразователь.
Для генерирования энергии используется так называемый трибоэлектрический процесс. Инженеры компании Georgia Tech использовали контакт и разделение алюминиевой фольги с плёнкой из фторированного этилен-пропилена. Такое действие получило название «контакт-сепарации». Тонкое медное покрытие, нанесённое на обратную сторону полимера, служит в качестве второго электрода.
С использованием каптоновой плёнки в качестве подложки была создана зигзагообразная структура из 10–15 генерирующих ячеек, подключенных последовательно и активируемых при помощи одного общего усилия. Пружинистая плёнка возвращает структуру в исходное состояние, когда сила не действует. Размеры подобного 10-слойного генератора составляют 5,7 х 5,2 х 1,6 см, вес – 30 г. Около 2 мкКл заряда с напряжением 700 В выделяется при каждом физическом цикле устройства.
Для согласования высоковольтного и высокоимпедансного источника с низковольтной и низкоимпедансной нагрузкой применяется 2-контурный преобразователь питания. В первичном контуре выход генератора с переменным током выпрямляется через диодный мост. Как только конденсатор заряжается до порогового напряжения (~200 В, в зависимости от входного импеданса), активируется вторичный контур.
Второй контур выполнен по схеме обратноходового понижающего преобразователя, в котором конденсатор связан через переключатель с первичной катушкой, преобразующей энергию конденсатора в магнитное поле. Далее, когда конденсатор разряжен, управляющая цепь разъединяет переключатель первичной катушки и включает переключатель вторичной катушки, забирающей энергию с первой, и передающей её на выходной конденсатор.
Генератор из 15 слоёв, управляемый рукой с частотой 1–2 Гц способен поддерживать напряжение 6,4 В на нагрузке (резисторе) 39 кОм (1 мВт). За счёт согласования импеданса выходного конденсатора с импедансом трибоэлектрического генератора КПД системы вырастает с 1 % до 60 %. Генератор не подвержен влиянию влаги, после 200 тыс. рабочих циклов появляются лишь небольшие признаки износа – это преимущество «контакт-сепарации» перед трением.
Подписаться на почтовую рассылку / Авторам сотрудничество