Заряжается быстрее, а садится медленнее: ученые изобрели "графеновую батарейку"

Специалисты из Университета Арканзаса разработали новую нелинейную схему для получения чистой энергии с использованием графена, сообщает журнал Phys.org. Авторы обнаружили, что, когда накопительные конденсаторы имеют начальный заряд, равный нулю, для их зарядки схема получает энергию из тепловой среды.

Вообще-то, получение полезной работы от случайных флуктуаций в системе, находящейся в тепловом равновесии, долгое время считалось невозможным. Еще в 1960-х годах выдающийся американский физик Ричард Фейнман фактически прекратил дальнейшие исследования после того, как в серии лекций заявил, что броуновское движение, или тепловое движение атомов, не может выполнять полезную работу.

Теперь новое исследование, опубликованное учеными в научной работе, доказало, что Фейнман упустил нечто очень важное. Новое исследование доказывает, что тепловые флуктуации отдельно стоящего графена при подключении к цепи с диодами, имеющими нелинейное сопротивление, и накопительными конденсаторами действительно производят полезную работу, заряжая накопительные конденсаторы. Авторы обнаружили, что когда накопительные конденсаторы имеют начальный заряд, равный нулю, для их зарядки схема получает энергию из тепловой среды.

Они также обнаружили, что накопительные конденсаторы большего размера обеспечивают больший накопленный заряд и что меньшая емкость графена обеспечивает как более высокую начальную скорость зарядки, так и более длительное время разрядки. Эти характеристики важны, поскольку они позволяют отключить накопительные конденсаторы от схемы сбора энергии до того, как общий заряд будет потерян.

Сегодня усилия экспериментаторов сосредоточены на создании устройства, которое называется Graphene Energy Harvester (или GEH). GEH использует отрицательно заряженный лист графена, подвешенный между двумя металлическими электродами. Когда графен переворачивается, он индуцирует положительный заряд на верхнем электроде. Когда он переворачивается вниз, он положительно заряжает нижний электрод, создавая переменный ток. Когда диоды подключены друг к другу, что позволяет току течь в обоих направлениях, в цепи предусмотрены отдельные пути, создающие пульсирующий постоянный ток, который выполняет работу на нагрузочном резисторе.

Поскольку схемы GEH настолько малы, что их размер составляет всего нанометры, они идеально подходят для массового дублирования на кремниевых чипах. Когда несколько схем GEH встроены в микросхему в виде массивов, можно получить больше энергии. Они также могут работать во многих средах, что делает их особенно привлекательными для беспроводных датчиков, где замена батарей неудобна или дорога, например, в подземных трубопроводах или кабельных каналах внутри самолетов.

Ранее Фокус рассказывал, что ученые решили главную проблему водных цинк-ионных батарей. Новая батарея продемонстрировала сверхдлительный срок службы, высокую плотность энергии и мощность, но для ее работы нужно магнитное поле.