Aktuality

Moderné zariadenia, od fitness trackerov a inteligentného oblečenia až po senzory internetu vecí (IoT), vyžadujú kompaktné a udržateľné zdroje energie. V novom výskume publikovanom v časopise Scientific Reports tím autorov zo Slovenskej akadémie vied a Technickej univerzity v Košiciach predstavujú zberač energie založený na horizontálne umiestnenej fľaštičke naplnenej do polovice biologicky odbúrateľnou ferokvapalinou. Keď sa ferokvapalina uvedie do kmitavého pohybu, špliecha vo vonkajšom magnetickom poli a v blízkej cievke sa indukuje elektrické napätie. Systematickou zmenou konfigurácií magnetov a koncentrácií nanočastíc výskumníci zmapovali, ako distribúcia magnetického poľa a magnetizácia ferokvapaliny ovplyvňujú energetický výstup.

Tím pod vedením Dr. Michala Rajňáka z Ústavu experimentálnej fyziky SAV, v. v. i., a Technickej univerzity v Košiciach demonštroval nový prístup k získavaniu energie vibrácií pomocou ferokvapalín, kvapalín obsahujúcich magnetické nanočastice, ktoré by mohli pomôcť napájať nositeľnú elektroniku a distribuované senzory.

Experimenty s použitím piatich ferokvapalín s rôznymi magnetizáciami odhalili jasné trendy. Získaný elektrický výkon sa v optimálnej konfigurácii lineárne zvyšuje so saturačnou magnetizáciou ferokvapaliny. Najefektívnejšie nastavenie využíva jeden permanentný magnet pripevnený k bočnej stene fľaštičky, ktorý vytvára magnetické pole kolmé na os oscilácie aj na gravitáciu. V tomto usporiadaní dosiahol najvyšší nameraný výkon približne 232,6 nW pre najsilnejšie zmagnetizovanú kvapalinu. Je pozoruhodné, že v silnejších magnetických poliach je pohyb ferokvapaliny brzdený magneto-viskóznym efektom, čím sa znižuje indukované napätie, čo je pripomienka, že silnejšie polia nie vždy generujú viac energie.

Tento ľahký a flexibilný prístup k získavaniu energie ponúka výhody oproti tradičným elektromagnetickým zberačom, ktoré sa zvyčajne spoliehajú na ťažké pohybujúce sa magnety. Ferokvapaliny použité v tomto prípade sú pripravené v biologicky odbúrateľnom transformátorovom oleji, čo znižuje environmentálne riziko v prípade úniku. Okrem toho, pretože mechanizmus špliechania reaguje na mechanické stimuly z viacerých smerov vzhľadom na magnetické pole, je táto metóda vhodná pre nepravidelné alebo viacosové vibrácie bežné v nositeľných zariadeniach a senzoroch.

„Naše výsledky ukazujú, že starostlivo usporiadané magnetické pole v kombinácii so správnou magnetizáciou ferokvapaliny dokáže premeniť každodenné mechanické vibrácie na elektrickú energiu. To otvára cestu k skutočne samostatne napájaným zariadeniam,“ objasňujeMichala Rajňák z Ústavu experimentálnej fyziky SAV, v. v. i.

Hoci súčasné úrovne výkonu zostávajú v nanowattovom rozsahu, autori predpokladajú budúce škálovanie, vynutia cievok a ferokvapalné moduly by sa mohli kombinovať na dosiahnutie vyšších výkonov. Medzi potenciálne aplikácie patria samostatne napájané nositeľné senzory vyžadujúce malú alebo žiadnu kapacitu batérie, zabudované vibračné senzory v priemyselných zariadeniach, ktoré získavajú vlastnú energiu, a inteligentné systémy na monitorovanie stavu konštrukcie, kde je výmena batérie nepraktická.

Spracoval a foto: Michal Rajňák, Ústav experimentálnej fyziky SAV, v. v. i.