研究人员开发出可将振动转化为电能的新设备用于自供电传感器

一个国际研究小组通过将压电复合材料与碳纤维增强聚合物(CFRP)相结合，设计了一种新型能量产生装置，碳纤维增强聚合物是一种既轻又坚固的常用材料。新设备将周围环境的振动转化为电能，为自供电传感器提供了一种高效可靠的方法。

该小组研究的详细信息发表在2023年6月13日的《纳米能源》杂志上。

能量收集涉及将环境中的能量转化为可用的电能，这对于确保可持续发展的未来至关重要。

“作为物联网(IoT)的一部分，从冰箱到路灯的日常用品都连接到互联网，其中许多都配备了收集数据的传感器，”该研究的合著者FumioNarita说，东北大学大学院环境研究科教授。“但这些物联网设备需要电力才能运行，如果它们位于偏远地区，或者数量众多，这将是一个挑战。”

太阳光线、热量和振动都可以产生电能。由于压电材料在受到物理压力时能够发电，因此可以利用振动能。同时，CFRP因其耐用性和轻便性而适用于航空航天和汽车工业、运动器材和医疗设备。

“我们思考压电振动能量收集器(PVEH)，利用CFRP的坚固性和压电复合材料，是否可以成为一种更有效、更耐用的能量收集方式，”Narita说。

该小组使用CFRP和铌酸钾钠(KNN)纳米粒子与环氧树脂的组合制造了该装置。CFRP既用作电极又用作增强基板。

所谓的C-PVEH设备不负众望。测试和模拟表明，即使弯曲超过100,000次，它仍能保持高性能。它被证明能够储存产生的电力并为LED灯供电。此外，它在能量输出密度方面优于其他基于KNN的聚合物复合材料。

C-PVEH将有助于推动自供电物联网传感器的发展，从而带来更节能的物联网设备。

成田和他的同事们也为他们的突破带来的技术进步感到兴奋。“除了我们的C-PVEH设备的社会效益外，我们对我们在能量收集和传感器技术领域所做的贡献感到非常兴奋。出色的能量输出密度和高弹性的结合可以指导未来对其他复合材料的研究用于不同应用的材料。”