Заряджається швидше, а сідає повільніше: вчені винайшли "графенову батарейку"

Фахівці з Університету Арканзасу розробили нову нелінійну схему для отримання чистої енергії з використанням графену, повідомляє журнал Phys.org. Автори з'ясували, що, коли накопичувальні конденсатори мають початковий заряд, що дорівнює нулю, для їхнього заряджання схема отримує енергію з теплового середовища.

Взагалі-то, отримання корисної роботи від випадкових флуктуацій у системі, що перебуває в тепловій рівновазі, тривалий час вважалося неможливим. Ще в 1960-х роках видатний американський фізик Річард Фейнман фактично припинив подальші дослідження після того, як у серії лекцій заявив, що броунівський рух, або тепловий рух атомів, не може виконувати корисну роботу.

Тепер нове дослідження, опубліковане вченими в науковій роботі, довело, що Фейнман упустив щось дуже важливе. Нове дослідження доводить, що теплові флуктуації графену, який стоїть окремо, під час під'єднання до ланцюга з діодами, що мають нелінійний опір, і накопичувальними конденсаторами справді виробляють корисну роботу, заряджаючи накопичувальні конденсатори. Автори з'ясували, що коли накопичувальні конденсатори мають початковий заряд, що дорівнює нулю, для їхнього заряджання схема отримує енергію з теплового середовища.

Вони також з'ясували, що накопичувальні конденсатори більшого розміру забезпечують більший накопичений заряд і що менша місткість графену забезпечує як вищу початкову швидкість заряджання, так і більш тривалий час розряджання. Ці характеристики важливі, оскільки вони дають змогу від'єднати накопичувальні конденсатори від схеми збору енергії до того, як загальний заряд буде втрачено.

Сьогодні зусилля експериментаторів зосереджені на створенні пристрою, який називається Graphene Energy Harvester (або GEH). GEH використовує негативно заряджений лист графену, підвішений між двома металевими електродами. Коли графен перевертається, він індукує позитивний заряд на верхньому електроді. Коли він перевертається вниз, він позитивно заряджає нижній електрод, створюючи змінний струм. Коли діоди під'єднані один до одного, що дає змогу струму текти в обох напрямках, у ланцюзі передбачено окремі шляхи, які створюють пульсівний постійний струм, що виконує роботу на навантажувальному резисторі.

Оскільки схеми GEH настільки малі, що їхній розмір становить лише нанометри, вони ідеально підходять для масового дублювання на кремнієвих чипах. Коли кілька схем GEH вбудовані в мікросхему у вигляді масивів, можна отримати більше енергії. Вони також можуть працювати в багатьох середовищах, що робить їх особливо привабливими для бездротових датчиків, де заміна батарей незручна або дорога, наприклад, у підземних трубопроводах або кабельних каналах всередині літаків.

Раніше Фокус розповідав, що вчені вирішили головну проблему водних цинк-іонних батарей. Нова батарея продемонструвала надтривалий термін служби, високу щільність енергії та потужність, але для її роботи потрібне магнітне поле.