ENGINEERINGNET -- De vermogenscel kan het vermogen opslaan tot het wordt afgenomen als elektrische stroom. Deze hybride generator/opslagcombinatie benut mechanische energie efficiënter dan systemen met gescheiden generatoren en batterijen.
Het hart van de zelf-ladende vermogenscel wordt gevormd door een piëzo-elektrisch membraan dat lithiumionen van de ene kant van de cel naar de andere stuurt als dat membraan door mechanische druk wordt gedeformeerd.
De sturende kracht is het piëzo-elektrische potentiaal van het gepolariseerde membraam en de lithiumionen worden met behulp van een elektrochemische proces opgeslagen als chemische energie. Door een drukkracht uit te oefenene, bijvoorbeeld via de hak van een schoen op het trottoir, genereert de cel voldoende vermogen om een kleine calculator te voeden. Een hybride vermogenscel ter grootte van een knoopcelbatterij kan kleine elektronische apparaten voeden.
"Mensen zijn gewend opm het opwekken en oplsaan van elektriciteit te beschouwen als twee afzonderlijke activiteiten," zegt professor Zhong Lin Wang, van de School of Materials Science and Engineering van het Georgia Institute of Technology.
"Wij hebben ze samengebracht in een enkele hybride cel om een nieuwe techniek voor conversie en opslag te demonstreren."
De vermogenscel bestaat uit een kathode van lithiumkobaltoxide (LiCoO2) en een anode van titaniumdioxide (TiO2) nanobuisjes die zijn aangegroeid op een titanium film. De twee elektroden zijn gescheiden door en membraan van PVDF-film (polyvinylideenfluoride), dat een piëzo-elektrische lading produceert als er kracht op wordt uitgeoefend.
Als de vermogenscel wordt samengedrukt genereert de PVDF-film een piëzo-elektrisch potentiaal dat dient als ladingspomp om de lithiumionen van de kathode naar de anode te sturen. Op de anode wordt de energie dan opgelsagen als lithium-titaniumoxide.
De ladingscyclus wordt voltooid doordat een elektrochemisch proces een kleine hoeveelheid lithiumkobaltoxide aan de kathode oxideert tot Li1-xCoO2 en een kleine hoeveelheid titaniumdioxide aan de anode reduceert tot LixTiO2.
Als tussen anode en kathode een elektrische belasting wordt aangesloten, stromen elektronen naar de belasting en de lithiumionen in de cel gaan terug van de anode naar de kathode.
(bron: Engineers Online)
Op de foto (© Gary Meek): Onderzoeker Zhong Lin Wang van Georgia Tech toont de componenten van een zelf-ladende vermogenscel die piëzo-elektrische materialen gebruikt om mechanische energie om te zetten in chemische energie.
