Progettato un nuovo micro generatore di energia per l'autoalimentazione di sensori. Combina compositi piezoelettrici con polimero rinforzato con fibra di carbonio
Elettricità dalle vibrazioni, come funziona
(Rinnovabili.it) – Un numero sempre maggiore di oggetti d’uso quotidiano, dai lampioni urbani ai frigoriferi, sono connessi ad internet e possiedono sensori per la raccolta dati o la comunicazione con altri oggetti nella rete. Ognuno di questi dispositivi IoT ha bisogno di energia per funzionare, ma in luoghi remoti e senza accesso all’elettricità l’alimentazione è una sfida.
Per questo motivo, in quei casi si cerca di sfruttare le risorse energetiche ambientali convertendole in elettricità. Si colloca in questo solco il nuovo studio di un gruppo internazionale di scienziati che ha progettato un dispositivo per generare elettricità dalle vibrazioni ambientali. L’approccio non è nuovo e sfrutta l’effetto piezoelettrico vantato da alcuni cristalli. Materiali come il quarzo o la tormalina possiedono, infatti, una struttura cristallina in grado di polarizzarsi se soggetta a una deformazione meccanica. In questo modo possono essere sfruttati per la generazione di piccole quantità di energia utile. Un approccio ideale per l’Internet delle cose.
In questo contesto, i sensori IoT realizzati con materiali piezoelettrici possono sfruttare le vibrazioni generate da veicoli e altri oggetti in movimento, eliminando la necessità di fonti di alimentazione esterne o batterie da sostituire, migliorando così l’autonomia e l’affidabilità del sistema.
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Una nuova ricetta per l’energy harvesting
Il gruppo di scienziati ha realizzato un nuovo dispositivo dalle grandi potenzialità per i sistemi di comunicazione wireless. L’impianto combina compositi piezoelettrici – realizzati con nanoparticelle di niobato di potassio e sodio assieme a resina epossidica – con un elettrodo polimerico rinforzato con fibra di carbonio (CFRP). La fibra di carbonio è ormai un materiale d’uso comune, leggero e al tempo stesso resistente; l’elettrodo così costituito fornisce un’eccezionale conducibilità elettrica (7190 S/m), migliorando le caratteristiche meccaniche del collettore di energia.
“Volevamo valutare se un raccoglitore di energia a vibrazione piezoelettrica, sfruttando la robustezza del CFRP insieme a un composito piezoelettrico, potesse costituire un mezzo più efficiente e duraturo per catturare l’energia”, spiegano gli scienziati. I risultati dei primi test si sono mostrati all’altezza delle sue aspettative. Prove e simulazioni hanno rivelato che il dispositivo genera elettricità dalle vibrazioni mantenendo prestazioni elevate anche dopo essere stato piegato più di 100.000 volte. Inoltre, ha sovraperformato altri compositi polimerici basati sulle stesse nanoparticelle in termini di densità di produzione di energia. Si parla di 89,61 μW/cm3, in grado di alimentare facilmente le lampadine a LED. I ricercatori sono convinti che il loro sistema possa promuovere lo sviluppo di sensori IoT autoalimentati e sempre più efficienti dal punto di vista energetico. Lo studio è stato pubblicato su Nano Energy (testo in inglese).
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