Mobiili laadimiseks mine jalutama!

Uudne seade võimaldab liikumisel tekkiva energia elektroonikaseadmete laadimiseks piisava võimsusega elektriks muuta, kirjutab teadusportaal novaator.ee.

Wisconsini ülikooli teadlased leiutasid energiakogumiseks uudse seadme, mis muudab liikumisel tekkiva energia mobiiltelefonide, kaamerate ning paljude teiste kaasaskantavate elektroonikaseadmete laadimiseks piisava võimsusega elektrienergiaks. Sellised energiakogujad ei tähenda küll akude ajastu lõppu, kuid nende kasutuselevõtt muudaks oluliselt harvemaks vajaduse oma kaasaskantavate seadmete akusid vooluvõrgus laadida.

Kuigi jalutamine võib esmapilgul tunduda loiu tegevusena, toodab see siiski küllaltki palju energiat. Varasemad uuringud on näidanud, et iga astutud sammuga läheb soojusena kaotsi ligi 20 vatti energiat jala kohta.

Teadlased on juba aastakümneid üritanud leida viisi, kuidas osa sellest kaotsiläinud energiast kokku koguda ja elektrienergiaks muuta. Seni loodud energiakogujad on suutnud genereerida ainult mikro- ja millivattides mõõdetava võimsusega energiat, millest aga jääb kaasaskantava elektroonilise seadme aku laadimiseks vajaka.

Üks sellistest uue leiutise jaoks inspiratsiooni andnud energiakogujatest on elektrostaatiline kondensaator, mis koosneb kahest õhukesest ja lamedast metallelektroodist, mille vahel on tillukene õhuvahe. Elektroodid  on vooluringi tekitamiseks omavahel ühendatud. Kui kahe elektroodi vahel tekitada püsiv pinge, siis kogunevad ühele elektroodile positiivsed ja teisele negatiivsed laengud.

Nende laengute vaheline vastasmõju hoiab kahte elektroodi paigal. Ühe elektroodi mehaanilise jõu mõjul paigast nihutamisel väheneb aga pindala, kus elektroodid teineteist vastastikku mõjutavad. Tulemuseks on mahtuvuse vähenemine, mis omakorda tõstab pinget kahe elektroodi vahel. Ülemäärane pinge juhib voolu läbi välise vooluringi, kus see kokku kogutakse.

Mida väiksem on vahe kahe elektroodi vahel, seda rohkem mahtuvus ja pinge kasvavad ning seega on võimalik ka rohkem energiat koguda, enne kui elektroodid tagasi algsesse asendisse liiguvad ja tsükkel uuesti alata saab.

Kahte tahket elektroodi on aga materjalide pinnakonaruste tõttu väga raske ülimalt lähestikku joondada. Tavaliselt jäävad elektroodid teineteisest umbes mikromeetri kaugusele, mida on suurema energiakoguse kokkukogumiseks liiga palju. Seetõttu otsustasid Wisconsini ülikooli insenerid asendada ühe tahketest elektroodidest elektrit juhtiva vedelikuga.

Nad alustasid elektrit juhtiva tahke alusmaterjaliga, mis kaeti elektrit juhtiva vedeliku piisakestega. Sellele asetati 10-50 nanomeetri paksuse isoleerivast materjalist kihiga kaetud metallelektrood. Seega oli vahe metallelektroodi ja elektrit juhtiva vedeliku vahel kõigest 10-50 nanomeetrit.

Alumine elektrit juhtiv alusmaterjal ja ülemine elektrood ühendati vooluringi. Tahke elektroodi alla surumisel pressiti vedeliku piisad kokku ning seade andis tulemuseks väga suure mahtuvuse ja pinge.

Tavalise jalanõu jaoks sobiva suuruse korral võimaldaks seade koguda umbes kaks vatti energiat, kirjutasid teadlased ajakirjas Nature Communications avaldatud uuringus. Seadme ühe leiutaja Tom Krupenkini sõnul piisaks sel juhul standardse mobiiltelefoni aku täis laadimiseks kahetunnisest jalutuskäigust.

Seadme praegune maksimaalne elektritoodang ületab tuhandekordselt varasemate sarnaste tehnoloogiate saavutused. Krupenkini sõnul on nende tehnoloogia täiendav eelis võimalus seda suhteliselt lihtsalt muuta suuremas mastaabis kasutatavaks.

Krupenkin ja seadme kaasleiutaja J. Ashley Taylor on uue tehnoloogia turuletoomiseks asutanud ka ettevõtte ning loodavad kingatalla sisse mahtuva seadme prototüübi valmis saada kahe aastaga.