Ένα μέλλον χωρίς μπαταρίες

Μπαταρίες

Η ταλαιπωρία με τις συνεχείς φορτίσεις των συσκευών που αγοράζουμε είναι γνωστή σε όλους. Κάθε νέα λειτουργία, δυνατότητα ή βελτίωση επιφέρει μεγαλύτερη κατανάλωση ενέργειας και συνεπώς συχνότερες φορτίσεις. Το μέλλον όμως προμηνύεται ευοίωνο… Τέρμα στο γνωστό άγχος των εξαντλημένων μπαταριών του κινητού τηλεφώνου, του φορητού υπολογιστή ή του iPod. Οι έρευνες προβλέπουν ότι στο άμεσο μέλλον συσκευές υψηλής τεχνολογίας θα αυτό-τροφοδοτούνται μετατρέποντας κύματα πίεσης σε ενέργεια χωρίς να υπάρχει η ανάγκη της ενοχλητικής επαναφόρτισης. Τα αποτελέσματα της έρευνας, τα οποία δημοσιεύθηκαν λεπτομερώς στο περιοδικό Physical Review B, θα μπορούσαν αρχικά να εφαρμοστούν σε συσκευές χαμηλών ενεργειακών απαιτήσεων όπως φορητοί υπολογιστές και συσκευές κινητής τηλεφωνίας.

Πίσω από την πρωτοπόρο έρευνα βρίσκονται, όπως είναι αναμενόμενο, τα «πιεζοηλεκτρικά συστήματα», με τη βοήθεια των οποίων θα κατασκευαστούν συσκευές που θα φορτίζονται μόνες τους, εξαλείφοντας την ανάγκη για μπαταρίες. Στην πραγματικότητα, τα πιεζοηλεκτρικά στοιχεία είναι υλικά όπως οι κρύσταλλοι ή τα κεραμικά, τα οποία παράγουν ένα σημαντικό ποσό ηλεκτρικής τάσης όταν ασκηθεί ένα είδος μηχανικής πίεσης, όπως μια ώθηση. Στην ουσία, λειτουργούν ως αισθητήρες πίεσης ή ως “ενεργοποιητές”.

Η ιδέα αυτή δεν είναι καινούργια, χρησιμοποιήθηκε στις ηχοβολιστικές συσκευές κατά τη διάρκεια του Α΄Παγκοσμίου Πολέμου και σήμερα έχει εφαρμοστεί σε κάθε αναπτήρα τσιγάρου αυτοκινήτων. Πιέζοντας ένα κουμπί, προκαλούμε την αντίδραση ενός πιεζοηλεκτρικού κρυστάλλου, ο οποίος ως αποτέλεσμα παράγει αρκετή τάση για τη δημιουργία μιας σπίθας. Υπάρχουν και άλλοι μηχανισμοί, οι οποίοι μπορούν να δημιουργήσουν κύματα πίεσης για την εμφάνιση ενέργειας από πιεζοηλεκτρικά υλικά. Φανταστείτε για παράδειγμα ένα κινητό τηλέφωνο που θα φορτίζεται μόνο του και δεν θα χρειάζεται να βάλετε στη πρίζα, επειδή θα καταφέρνει να μετατρέπει τα ηχητικά κύματα του χρήστη του στην ενέργεια που χρειάζεται για να συνεχίσει να βρίσκεται σε λειτουργία. Ορισμένα μαγαζιά νυχτερινής διασκέδασης στην Ευρώπη διαθέτουν ήδη πατώματα κατασκευασμένα από πιεζοηλεκτρικά υλικά, που απορροφούν και μετατρέπουν ενέργεια από βήματα για να φωτίζουν τους χώρους.

Ο Tahir Cagin, χημικός μηχανικός από το πανεπιστήμιο του Τέξας και συνάδελφοι του από το πανεπιστήμιο του Χιούστον, μελετούν την ίδια ιδέα. Για τη συγκεκριμένη έρευνα ρυθμίστηκαν πιεζοηλεκτρικά υλικά στη νανοκλίμακα. Η μελέτη των πιεζοηλεκτρικών υλικών σε μικροσκοπικές μονάδες είναι μια σχετικά νέα προσπάθεια, αλλά αποτελεί σημαντική πρόοδο για την δημιουργία μιας αυτόνομης συσκευής κινητής τηλεφωνίας και άλλων φορητών συσκευών υψηλής τεχνολογίας. Πιο συγκεκριμένα, ο Cagin και η ομάδα του ανακάλυψαν ότι ένα ορισμένο είδος πιεζοηλεκτρικού υλικού είναι ικανό να διπλασιάσει την ενέργεια του, όταν βρεθεί σε πολύ μικρό μέγεθος, σε αυτή την περίπτωση με πάχος 21 νανόμετρα.

“Το υλικό με το οποίο εργαζόμαστε κατέχει την ιδιότητα να συλλέγει ενέργεια. Όπως προβλέψαμε, όταν το υλικό αυτό συρρικνώθηκε στη νανοκλίμακα, υπήρξε μια ώθηση στη διαδικασία της μετατροπής σε ενέργεια. Στη συνέχεια, θέλαμε να μάθουμε εάν η ενέργεια αυτή θα συνέχιζε να αυξάνεται, καθώς οι διαστάσεις γίνονταν όλο και πιο μικρές.”

Παρόλα αυτά όπως αποδείχθηκε, όταν τα υλικά αποκτούν πάχος μικρότερο ή μεγαλύτερο από τα 21 νανόμετρα, επιδεικνύουν σημαντική πτώση στη δυνατότητα μετατροπής ενέργειας. Σημαντικές αλλαγές στην κλίμακα, ειδικά σε τέτοια επίπεδα, μπορεί να κάνουν ένα υλικό να αντιδράσει διαφορετικά και γίνει πιο επιδεκτικό στην αλλαγή σε σχέση με το περιβάλλον του. “Προς το παρόν αναζητούμε υλικά και συστήματα που συλλέγουν διαφορετικές μορφές ενέργειας, όπως θερμική και μηχανική, αλλά και τις επιδράσεις τους σε εφαρμογές μικρής και μεγάλης κλίμακας,” σχολιάζει ο Cagin. “Επίσης ευχόμαστε να καταφέρουμε να αναμίξουμε αυτά τα διαφορετικά υλικά, έτσι ώστε να καταφέρουμε να δημιουργήσουμε δομές για βελτιωμένες επιδόσεις συλλογής ενέργειας.”

[via]

Κοινοποιήστε στο Facebook