Российские ученые создали новый пьезоэлектрический генератор энергии

МОСКВА, 10 дек - РИА Новости. Ученые Южного федерального университета (ЮФУ) разработали новую модель пьезоэлектрического генератора энергии и изучили его свойства. Устройство предназначено для преобразования энергии механических вибраций в электрическую энергию.

Разработчики построили численную 3D и экспериментальную натурную модели, что позволило точно определить характеристики генератора в зависимости от его конфигурации и свойств материала. Результаты исследований были опубликованы в журнале "Applied Sciences" и других изданиях.

Разработчики генератора из ЮФУ отметили, что пьезокерамика в настоящее время имеет широкую область применения. Устройства на ее основе используются в медицине, системах связи, контроле промышленных процессов, измерительных и бытовых электрических приборах. Мировой рынок пьезокерамики и сфера ее применения постоянно растут.

Как полагают эксперты ЮФУ, в эпоху глобального развития устройств генерации и сбора энергии на основе применения новых пьезоматериалов перед специалистами стоит задача повышения энергоэффективности всех процессов, включая сбор и использование окружающей вибрационной энергии. В частности, для механических вибраций преобразование в электричество происходит за счет использования пьезоэлектрических элементов в комплексе устройства генерации энергии.

Разработчики из Южного федерального университета пояснили, что возможности подобной системы определяются не только емкостью и электромеханическими коэффициентами пьезоэлектрических материалов, но и некоторыми другими показателями. Так, по их словам, качество системы генерации энергии зависит от микроструктуры материала, геометрии и электрических цепей самого устройства.

"Наша команда провела конечно-элементное моделирование и экспериментальный анализ пьезоэлектрического генератора энергии осевого типа", – сообщил один из авторов разработки, научный сотрудник Института математики, механики и компьютерных наук ЮФУ Александр Черпаков.

По его словам, в результате исследования удалось проверить применение пьезоэлектрических материалов с различной пористостью с учетом их эффективных свойств.

«

"Экспериментальная апробация устройства показала удовлетворительный результат: теперь у нас есть оптимальная комбинация для устройства с максимальным выходным напряжением и мощностью – до 2,25 В и 5,1 мкВт, соответственно", – добавил Черпаков.

Также авторы разработки рассказали, что генератор энергии спроектирован с использованием пьезоэлементов двух типов: жесткие цилиндры и пьезоэлементы пластинчатого типа. Их комбинированное сочетание совместно с элементами генератора рассчитывалось с помощью численного моделирования.

По мнению ученых, разработка и модернизация комплексов устройств генерации энергии, ее сбора и хранения на основе применения пьезоматериалов нового поколения с улучшенными пьезоэлектрическими свойствами позволят повысить энергоэффективность в будущем.

Работы проведены в рамках выполнения гранта Российского фонда фундаментальных исследований (№ 21-19-00423). Цикл исследований выполняется в рамках программы стратегического академического лидерства "Приоритет 2030". ЮФУ является участником этого федерального проекта по треку "Исследовательское лидерство".