新装置可将杂散磁能转变为可用电能

科技工作者之家 2020-04-02

来源:兰州市科协信息平台

照明和动力电力会产生小型磁场。据《能源与环境科学》杂志报道,美国宾夕法尼亚州立大学(Penn State)的研究人员近期开发了一种新装置,能够收集这些“被废弃”的磁场能量,并将其转化为可用电能,进而为智能建筑和工厂的新一代传感器网络提供能量。

Penn State材料科学与工程学教授Shashank Priya说:“太阳能是我们希望获取的免费能源,磁场能也是。磁场能几乎无处不在。现在,我们有机会将这些被忽视的能量收集起来作为电能。”

Penn State领导的研究团队开发的这种设备,在处理家庭或建筑物中的低强度磁场时,提供的电力输出比其它同类技术高出数倍。研究人员表示,由于智能建筑高度依赖无线传感器网络,这项技术将对其设计产生深远影响。

Priya说:“在建筑物中大规模实现功能自动化可显著提高能源效率。建筑是美国最大的电力消耗源头,即使让建筑物的能耗降低区区几个百分点,也可以实现兆瓦级的节能。传感器是实施自动化的基础,而这项技术是为传感器提供动力的现实途径。”

Priya等在装置中使用了两种材料构成的复合结构。其中之一为磁致伸缩材料,可将磁场转化为应力。另一种为压电材料,可将压力或振动转化为电场。此外,该装置中还包含一种束状结构,其中一端为固定端,另一端在外加磁场作用下可以自由振动。科学家们在自由端加装了一块磁体,以增大运动幅度,提高发电量。

这一磁-电装置的厚度与纸张接近,长约1.5英寸。研究人员表示,将其放置在距离空调4英寸的地方时,产生的电力足以驱动180个LED灯;放置在8英寸远的距离,能够满足一个数字闹钟的电力需求。

Penn State助理研究教授、论文作者Min Gyu Kang说:“新设备为集成传感器和无线通信系统的可持续供电奠定了基础。”Priya补充说:“这项成果的美妙之处在于,虽然使用的都是已知材料,但基本上实现了最大限度的磁场-电能转化。我们为低振幅磁场下达到高功率密度提供了新思路。”

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