Энергия постоянно находится вокруг людей в своих многочисленных формах — в солнечном свете, тепле в помещении и даже движениях самих людей. Вся эта энергия обычно просто «теряется» для человеческой цивилизации, но ведь она потенциально может использоваться для обеспечения питания мобильных и носимых гаджетов — от биометрических сенсоров до смарт-часов. Исследователями из Университета Оулу (Финляндия) был найден минерал с перовскитной кристаллической структурой, свойства которого позволяют ему извлекать энергию одновременно из множества различных источников.
Перовскиты — семейство минералов, многие из которых показали себя перспективными благодаря своей способности одновременно извлекать энергию одного или двух типов. Какой-то из представителей этого семейства, к примеру, может быть хорош для преобразования солнечной энергии в электричество. Другой же лучше справляется с извлечением энергии из изменения температур и давления, которые могут происходить в процессе движения. Их называют, соответственно, пироэлектрическими и пьезоэлектрическими материалами.
Временами, разумеется, одного типа энергии в качестве источника бывает недостаточно. Определенная форма энергии может быть доступна не всегда — при облачной погоде или когда человек не движется. Поэтому исследователи разработали устройства, которые могут извлекать многочисленные формы энергии. Но для таких устройств требуются различные материалы, которые делают их слишком громоздкими для использования в компактных девайсах.
В Applied Physics Letters были опубликованы результаты исследования, проведенного Янгом Баем (Yang Bai) и его коллегами из Университета Оулу. Исследователями был изучен определенный тип перовскита, который называется KBNNO, который, вероятно, способен к извлечению различных форм энергии. Подобно всем перовскитам, KBNNO является сегнетоэлектрическим материалом, наполненным крошечными электрическими диполями, подобными маленьким стрелкам компаса в магните.
Когда подобный KBNNO сегнетоэлектрический материал испытывает температурные изменения, его диполи смещаются и таким образом индуцируется электрический ток. Электрический заряд также аккумулируется в соответствии с направлением дипольного момента. Деформация материала приводит к тому, что определенные его фрагменты привлекают или отталкивают заряд, что вновь ведет к выработке тока.
Ранее исследователи уже изучили фотогальванические и общие сегнетоэлектрические свойства KBNNO, но это исследование проводилось при 200 градусах ниже температуры замерзания, и они не фокусировали свое внимание на свойствах материала, связанных с температурами и давлением. В новом исследовании, отмечает Янг Бай, впервые были оценены все эти свойства материала, проявляющиеся при комнатной температуре.
Эксперименты показали, что, в то время как KBNNO хорош для генерирования энергии из тепла и давления, он не настолько хорош, как другие перовскиты. Возможно, самым впечатляющим открытием исследователей стало наличие возможности модифицировать состав KBNNO с целью улучшения его пироэлектрических и пьезоэлектрических свойств. Таким образом, есть возможность «настроить» все эти свойства и использовать их максимально эффективно. Янг Бай со своими коллегами исследуют возможность улучшения материала KBNNO с применением натрия.
Янг Бай также сообщил, что в будущем году он надеется создать прототип устройства, извлекающего энергию из различных источников. Процесс его производства прост, поэтому коммерциализация данной технологии может осуществиться в течение нескольких лет после того, как исследователи определят лучший материал.
По словам Янга Бая, данная технология способна привести к ускорению развития в направлениях Интернета вещей и умных городов, где потребляющие энергию сенсоры и девайсы смогут иметь постоянный доступ к энергии.
Подобный материал, вероятнее всего, сможет использоваться в батареях девайсов, повышая их энергоэффективность и снижая потребность в частых зарядках. Когда-нибудь, дополняет свое повествование Янг Бай, пользователю вообще не потребуется никогда ставить свой гаджет на зарядку. Батареи компактных девайсов в современном понимании могут вообще остаться в прошлом.
Но тот факт, что найден теоретический способ обойтись без аккумуляторов в гаджетах, еще не означает ни скорого появления продуктов с использованием данной технологии, ни того, что технология когда-либо будет воплощена.
Появятся ли когда-нибудь носимые девайсы и даже смартфоны без батарей, которым вполне хватает той энергии, которая находится в пространстве вокруг, но теряется, поскольку не существует эффективного метода ее извлечения?
