Специалисты Новгородского государственного университета имени Ярослава Мудрого изучили материалы для создания экологичных энергогенераторов, которые способны сохранять высокую эффективность, не требуют солнечного света и больших площадей.
Магнитоэлектрические (МЭ) элементы рассматриваются учеными как одни из наиболее перспективных компонентов для источников электричества. В основе их работы лежит магнитоэлектрический эффект (МЭ-эффект), используемый для преобразования механической энергии в магнитную, а затем — в электрическую в устройствах сбора энергии из внешней среды.
Конструктивно МЭ-элементы представляют собой пластины, работающие по принципу камертона в резонансе. Колебания и вибрации вызывают в них интенсивное выделение энергии, которую затем преобразуют к нужному уровню и аккумулируют. Энергия, вырабатываемая МЭ-элементом под воздействием вибрации, складывается из двух составляющих: энергии, преобразованной за счет пьезоэффекта, и энергии, преобразованной благодаря магнитоэлектрическому эффекту.
Ученые исследовали характеристики МЭ-элементов для создания магнитоэлектрического синхронного генератора, концепция которого была разработана в 2015 году. Данный тип генератора может применяться при создании малогабаритных, энергоэффективных и экологически чистых устройств.
Как пояснил профессор кафедры проектирования и технологий радиоаппаратуры НовГУ Роман Петров, такой генератор может использоваться в ветроэнергетических установках, гидрогенераторах, турбогенераторах и другом электрооборудовании, преобразующем механическую энергию в электрическую.
В отличие от прочих устройств сбора энергии предлагаемое обладает рядом преимуществ. Например, по сравнению с панелями на солнечных элементах устройство имеет более компактный размер и не требует солнца и большой площади поверхности для работы. Для электромагнитных генераторов характерен большой вес и материалоемкость, в отличие от них МЭ-элементы имеют меньший вес и не используют в своем составе дорогостоящую медь для обмоток.
В рамках экспериментальной работы ученые провели сравнительный анализ двух конфигураций МЭ-элементов с размерами 70×12×0,54 мм и 30×10×0,54 мм. Каждый элемент состоит из нескольких слоев: пьезоэлектрическая пластина склеена с гибкой магнитострикционной подложкой. Для точной оценки рабочих параметров специалисты разработали измерительный стенд, который позволил провести тестирование в широком частотном диапазоне — от 100 Гц до 100 кГц. Исследования включали анализ как нерезонансных, так и резонансных режимов работы.
Работа выполнена при поддержке Минобрнауки России в рамках Десятилетия науки и технологий.
Ранее Наука Mail писала о технологии, которая повысила выработку солнечной энергии в 15 раз.
