Kontakt
Intranet
EN
Špliechajúce ferokvapaliny využívajú energiu vibrácií, prinášajú nový pohľad na napájanie nositeľnej elektroniky a internetu vecí zajtrajška
Moderné zariadenia, od fitness trackerov a inteligentného oblečenia až po senzory internetu vecí (IoT), vyžadujú kompaktné a udržateľné zdroje energie. V novom výskume publikovanom v časopise Scientific Reports jeho autori predstavujú zberač energie založený na horizontálne umiestnenej fľaštičke naplnenej do polovice biologicky odbúrateľnou ferokvapalinou. Keď sa ferokvapalina uvedie do kmitavého pohybu, špliecha vo vonkajšom magnetickom poli a v blízkej cievke sa indukuje elektrické napätie. Systematickou zmenou konfigurácií magnetov a koncentrácií nanočastíc výskumníci zmapovali, ako distributcia magnetického poľa a magnetizácia ferokvapaliny ovplyvňujú energetický výstup.
Tím pod vedením RNDr. Michala Rajňáka, PhD. z Ústavu experimentálnej fyziky SAV a Technickej univerzity v Košiciach demonštroval nový prístup k získavaniu energie vibrácií pomocou ferokvapalín, kvapalín obsahujúcich magnetické nanočastice, ktoré by mohli pomôcť napájať nositeľnú elektroniku a distribuované senzory.
Experimenty s použitím piatich ferokvapalín s rôznymi magnetizáciami odhalili jasné trendy. Získaný elektrický výkon sa v optimálnej konfigurácii lineárne zvyšuje so saturačnou magnetizáciou ferokvapaliny. Najefektívnejšie nastavenie využíva jeden permanentný magnet pripevnený k bočnej stene fľaštičky, ktorý vytvára magnetické pole kolmé na os oscilácie aj na gravitáciu. V tomto usporiadaní dosiahol najvyšší nameraný výkon približne 232,6 nW pre najsilnejšie zmagnetizovanú kvapalinu. Je pozoruhodné, že v silnejších magnetických poliach je pohyb ferokvapaliny brzdený magneto-viskóznym efektom, čím sa znižuje indukované napätie, čo je pripomienka, že silnejšie polia nie vždy generujú viac energie.
Tento ľahký a flexibilný prístup k získavaniu energie ponúka výhody oproti tradičným elektromagnetickým zberačom, ktoré sa zvyčajne spoliehajú na ťažké pohybujúce sa magnety. Ferokvapaliny použité v tomto prípade sú pripravené v biologicky odbúrateľnom transformátorovom oleji, čo znižuje environmentálne riziko v prípade úniku. Okrem toho, pretože mechanizmus špliechania reaguje na mechanické stimuly z viacerých smerov vzhľadom na magnetické pole, je táto metóda vhodná pre nepravidelné alebo viacosové vibrácie bežné v nositeľných zariadeniach a senzoroch.
Ako poznamenáva hlavný autor: „Naše výsledky ukazujú, že starostlivo usporiadané magnetické pole v kombinácii so správnou magnetizáciou ferokvapaliny dokáže premeniť každodenné mechanické vibrácie na elektrickú energiu. To otvára cestu k skutočne samostatne napájaným zariadeniam.“
Hoci súčasné úrovne výkonu zostávajú v nanowattovom rozsahu, autori predpokladajú budúce škálovanie, vynutia cievok a ferokvapalné moduly by sa mohli kombinovať na dosiahnutie vyšších výkonov. Medzi potenciálne aplikácie patria samostatne napájané nositeľné senzory vyžadujúce malú alebo žiadnu kapacitu batérie, zabudované vibračné senzory v priemyselných zariadeniach, ktoré získavajú vlastnú energiu, a inteligentné systémy na monitorovanie stavu konštrukcie, kde je výmena batérie nepraktická.
O výskume:
Štúdiu financovala Slovenská akadémia vied, Ministerstvo školstva a Agentúra na podporu výskumu a vývoja.
Citácia:
Rajnak M., Kurimsky J., Paulovicova K., Tothova J., Kiraly J., Cimbala R. Vibration energy harvesting by ferrofluids in external magnetic fields. Scientific Reports, vol. 15, Article 26701 (2025).