Forskare vid Georgia Institute of Technology i USA har utvecklat ett självladdande batteri som direkt omvandlar mekanisk energi till kemisk energi, som sedan lagras i batteriet tills den plockas ut i form av elektrisk energi.
Hybridtekniken, som är en kombination av generator och batteri, utnyttjar den mekaniska energin mer effektivt eftersom man hoppar över ett steg och inte behöver omvandla den mekaniska energin till elektrisk energi för att ladda batteriet, vilket är nödvändigt om man använder en separat generator och ett separat batteri.
– Folk är vana vid att se generering och lagring av elektricitet som två skilda saker som görs i två skilda enheter. Vi har satt ihop dem i en enda hybridenhet för att skapa ett självladdande batteri och demonstrera en ny teknik för laddningsomvandling och lagring i en integrerad enhet, säger Zhong Lin Wang vid Georgia Institute of Technology.
Det självladdande batteriets anod består av nanotuber av titandioxid (TiO2), odlade på en titanfilm, och katoden är gjord av litiumkoboltoxid (LiCoO2). Mellan anoden och katoden finns ett så kallat piezoelektriskt membran, som då det utsätts för mekanisk påfrestning ger upphov till en piezoelektrisk potential som fungerar som en laddningspump och driver litiumjoner från katoden till anoden. Litiumjonerna stannar sedan kvar vid anoden, där de binds på kemisk väg, tills batteriet belastas och jonerna vandrar tillbaka till katoden.
Förutom att forskarna uppskattar att det självladdande batteriet, som redan byggts och testats i fler än 500 exemplar, kommer att vara upp till fem gånger så effektivt som traditionella system för konvertering av mekanisk energi till kemisk energi med en generator och ett batteri är det dessutom både mindre och lättare. Ett hybridbatteri i samma storlek som ett vanligt knappcellsbatteri räcker därför för att driva små elektroniska apparater och det kan till exempel placeras i en skosula, där det laddas upp av den kraft det utsätts för då man går.
De potentiella användningsområdena är emellertid i det närmaste obegränsade då nästan allt som involverar mekaniska rörelser enligt Wang kan användas för att ladda batteriet. Några andra exempel är bilhjul, vågor eller vibrationer.
Det finns dessutom ytterligare rum för förbättring då mycket av den mekaniska energin i de nuvarande självladdande batterierna går åt till att trycka ihop höljet av rostfritt stål.
– När vi förbättrar förpackningsmaterialet förväntar vi oss att den totala verkningsgraden ökar. Mängden energi som faktiskt går till batteriet är relativt liten i det här skedet eftersom så mycket förbrukas av höljet, säger Wang.
