Energia elektryczna z drgań

Standardowe baterie stosowane w urządzeniach elektronicznych mają poważne ograniczenia, które wpływają także na potencjał kompaktowych rozproszonych systemów bezprzewodowych. Obiecująca alternatywa polega na wykorzystaniu użytecznej energii elektrycznej z otoczenia urządzenia.

Proces ten nosi nazwę pozyskiwania energii do zasilania, a jego wykorzystaniem zajęli się uczestnicy projektu "Microelectromechanical generators based on high-performance piezoelectric materials" (MICROGENS), finansowanego ze środków UE. Plan polegał na użyciu materiałów piezoelektrycznych w celu przekształcania niewykorzystanej energii ruchu w elektryczność. Proponowane urządzenie miało zostać oparte na materiałach z rodziny PMN-PT i korzystać z drgań o małym natężeniu. Zespół planował też opracowanie odpowiedniego procesu mikrotechnologicznego. Projekt był realizowany przez trzy lata, do połowy 2014 r.

Prace rozpoczęto od porównania kilku potencjalnych materiałów, by następnie zbadać metodę wykorzystującą eutektyczne stopy złota i umożliwiającą łączenie krzemu z PMN-PT. Dzięki badaniom udało się utrzymać temperatury procesu w granicach dopuszczalnych dla materiału. Zespół wykorzystał także szereg innych procesów mikrotechnologicznych.

Zaprojektowano i udoskonalono struktury przechwytujące energię, w oparciu o które zbudowano urządzenie o wielkości ok. 1,6 cm. Składa się ono z pięciu wsporników PMN-PT, o identycznym rozmiarze ale innej masie, które przechwytują energię oscylacyjną o różnych częstotliwościach. Testy wykazały 2,5-krotną poprawę mocy w porównaniu z konwencjonalnymi materiałami PZT, dzięki czemu urządzenie nadaje się do zastosowań zasilanych mocą liczoną w miliwatach.

Owocem projektu są także cztery artykuły w czasopismach, dwa wykłady zaproszeniowe i jeden wiosek patentowy.

Dzięki projektowi MICROGENS powstały nowe techniki mikrotechnologiczne oraz potwierdzono potencjał PMN-PT w zakresie przechwytywania energii zasilania. Urządzenia takie mogą też znaleźć wiele innych zastosowań.