12.12.2022
Ученые Института математики, механики и компьютерных наук ЮФУ
разработали новую модель пьезоэлектрического генератора энергии и
изучили его свойства. Устройство предназначено для преобразования
энергии механических вибраций в электрическую. Разработчики построили
численную 3D и экспериментальную натурную модели, что позволило точно
определить характеристики генератора в зависимости от его
конфигурации и свойств материала.
В современно мире пьезокерамика имеет широкую область применения.
Устройства на её основе используются в медицине, системах связи, контроле
промышленных процессов, измерительных и бытовых электрических
приборах. Мировой рынок пьезокерамики и сфера её применения постоянно
растут.
В эпоху глобального развития устройств генерации и сбора энергии с
использованием 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 ЮФУ отмечают, что возможности подобной системы
определяются не только емкостью и электромеханическими коэффициентами
пьезоэлектрических материалов, но и другими показателями. Так, 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», – рассказал 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 ученый.
Генератор энергии, разработанный в ЮФУ, 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.
Результаты исследований опубликованы в журнале «Applied Sciences» и
других изданиях.
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».
Центр общественных коммуникаций
Южного федерального университета
Нет комментариев