KRISS ontwikkelt metamateriaal om microtrillingen op te vangen en te versterken voor een betere energiewinning

Korea Research Institute of Standards and Science, Daejeon, Zuid-Korea

Metamateriaal ontwikkeld door KRISS. (Afbeelding:Korea Research Institute of Standards and Science)

Het Korea Research Institute of Standards and Science (KRISS) heeft een metamateriaal ontwikkeld dat microtrillingen in kleine gebieden opvangt en versterkt. Verwacht wordt dat deze innovatie de energieopbrengst van het oogsten van energie zal vergroten, waarbij verspilde trillingsenergie wordt omgezet in elektriciteit, en de commercialisering ervan zal versnellen.

Energieoogst verwijst naar technologie die verspilde energie in de vorm van warmte, licht en trillingen omzet in elektrische energie. Hoewel zonne-energieopwekking, waarbij gebruik wordt gemaakt van zonlicht als energiebron, vaak wordt gebruikt, brengt dit beperkingen met zich mee, zoals een inconsistente opbrengst en het onvermogen om onder bepaalde weersomstandigheden stroom op te wekken.

Het gebruik van alomtegenwoordige trillingen als energiebron maakt daarentegen een stabiele energieopwekking mogelijk zonder omringende omgevingsbeperkingen. Dit is de reden waarom het oogsten van trillingsenergie steeds meer aandacht krijgt als een toekomstige energiebron voor Internet of Things (IoT)-sensoren die een constante 24/7 stroomvoorziening vereisen, en draagbare medische apparaten die de bloeddruk en het suikerniveau in realtime moeten meten.

De belangrijkste problemen die het oogsten van trillingsenergie belemmeren, zijn dat het een lager vermogen en hogere productiekosten heeft, waardoor het een slechte kandidaat is voor praktische toepassing. Hoewel de hoeveelheid geproduceerde energie evenredig is aan de omvang van de geoogste trillingen, zijn de meeste trillingen die we in het dagelijks leven tegenkomen klein.

Om dit belangrijke probleem op te lossen, moeten talrijke conversie-apparaten, zoals piëzo-elektrische elementen, worden geïnstalleerd op meerdere locaties die worden blootgesteld aan relatief grote trillingen.

Het door KRISS ontwikkelde metamateriaal vangt microtrillingen op, accumuleert ze en versterkt ze ruim 45 keer. Dit maakt het opwekken van elektrisch vermogen op grote schaal mogelijk in verhouding tot het kleine aantal piëzo-elektrische elementen dat wordt gebruikt. Door vibratieoogst toe te passen met het ontwikkelde metamateriaal is het onderzoeksteam erin geslaagd ruim vier keer meer elektriciteit per oppervlakte-eenheid op te wekken dan conventionele technologieën.

In het bijzonder heeft het nieuw ontwikkelde metamateriaal een dunne, platte structuur die ongeveer zo groot is als de handpalm van een volwassene, waardoor het gemakkelijk kan worden bevestigd aan elk oppervlak waar trillingen optreden. Omdat de structuur eenvoudig kan worden aangepast aan het object waaraan het wordt bevestigd, is het scala aan toepassingen divers, van diagnostische sensoren die controleren op schade in hoge gebouwen of grote bruggen tot kleine biosensoren die de gezondheidstoestand van individuen monitoren.

“Dit onderzoek is het eerste ter wereld dat met succes trillingen accumuleert en versterkt met behulp van een oppervlakte-metamateriaal dat trillingen tijdelijk opvangt”, zegt senior onderzoeker Lee Hyung Jin van de Acoustics, Ultrasound and Vibration Metrology Group bij KRISS.

Senior onderzoeker Seung Hong Min van de Non-Destructive Metrology Group uitte ook zijn interesse en merkte op:“Metamaterialen kunnen worden gebruikt om uiterst nauwkeurige en zeer gevoelige sensoren van de volgende generatie te ontwikkelen door ultrafijne trillingen die moeilijk te meten waren met conventionele sensoren enorm te versterken.”

Neem voor meer informatie contact op met Eunhye Bae op Dit e-mailadres wordt beschermd tegen spambots. U heeft Javascript nodig om het te kunnen zien..