Учёным из Атланты (США) удалось создать гибридную установку, в которой процесс образования и накопления электроэнергии происходит в одном элементе.
Традиционные подходы к обеспечению автономного электропитания приборов включают минимум две стадии, выполняемые в разных устройствах. Сначала энергия преобразуется из кинетической, световой или тепловой в электрическую, а затем она запасается в виде энергии химических связей.
В Школе материаловедения и инженерии при Технологическом институте штата Джорджия в соавторстве с учёными из Пекинского Института Наносистем эти две стадии были успешно объединены в один процесс. По мнению авторов исследования, такая интеграция достигнута впервые.
Созданное устройство напрямую преобразует механическую энергию в химическую, минуя промежуточные стадии. По принципу функционирования это самозаряжающийся аккумулятор, изготовленный на основе модифицированного литий-ионного.
Полиэтиленовая плёнка, находящаяся между электродами и выполняющая функцию сепаратора, была заменена на поливинилиденфторидную (ПВДФ). Поскольку это пьезоэлектрический материал, плёнка генерирует заряд при сжатии и растяжении. Одновременно она служит полупроницаемой мембраной, обеспечивая поддержание разности потенциалов.
Исследователи поместили такую модифицированную батарею на подошву кроссовка и провели измерения. Ходьба в среднем темпе на протяжении 4 минут обеспечивала сжимание с частотой 2,3 Гц и повышение напряжения на клеммах АКБ на 68 мВ. Это почти в семь раз эффективнее варианта, в котором отдельный пьезоэлектрический генератор на основе ПВДФ заряжает литий-ионную батарею традиционной конструкции.
Высокой энергетической эффективности усовершенствованный аккумулятор обязан расположением ПВДФ плёнки непосредственно между электродами и снижением потерь энергии. При повседневном использовании такой аккумулятор будет практически всегда находиться в автономном режиме зарядки.