Đánh giá khả năng phát điện của thiết bị sử dụng vật liệu áp điện và bài toán cộng hưởng

  • Đoàn Công Luận
  • Đoàn Văn Giáp
  • Lê Thị Hồng Thắng
Từ khóa: Cộng hưởng dao động, Dầm công xôn, Hiệu ứng áp điện, Gốm áp điện, Thu hoạch năng lượng

Tóm tắt

Nghiên cứu trong bài báo này mô tả một thiết bị phát điện sử dụng vật liệu
áp điện để biến đổi năng lượng cơ học thành điện năng nhằm đáp ứng nhu
cầu cung cấp năng lượng điện cho các thiết bị thông minh đang ngày càng
phổ biến trong thời đại công nghiệp 4.0. Vật liệu áp điện sử dụng hiệu ứng
áp điện để phát điện, khi có ngoại lực tác động sẽ tạo cơ chế phân cực trong
mạng tinh thể, từ đó tạo ra các phần tử tích điện trái dấu trong khối vật
chất. Khối vật liệu áp điện sẽ được gắn trên kết cấu cơ khí dạng dầm côngxôn để kích thích dao động, tạo hiệu ứng kéo nén liên tục trên khối vật liệu,
từ đó tạo ra được một dòng chuyển động liên tục của các điện tích tạo ra
được dòng điện. Dao động của dầm công-xôn là tổ hợp của các dạng dao
động (mode shapes) với các tần số dao động riêng khác nhau. Khi ngoại lực
tác động có cùng tần số với các tần số riêng này sẽ tạo được hiệu ứng cộng
hưởng, tạo ra được ứng suất lớn nhất trên khối vật liệu. Đồng thời, điện áp
tạo ra trên khối vật liệu tỷ lệ thuận với ứng suất bên trong khối, do đó biên
độ của ngoại lực càng lớn thì công suất phát điện càng cao. Từ đó, khả năng
phát điện tối đa của thiết bị sẽ phụ thuộc vào hai yếu tố là tần số dao động
của ngoại lực xác định theo điều kiện cộng hưởng và biên độ tối đa xác định
theo điều kiện bền. Tuy công suất của nguồn điện được tạo ra từ thiết bị
không lớn, nhưng những ưu điểm đặc biệt của vật liệu và hiệu ứng áp điện
chứng tỏ tiền năng rất lớn của thiết bị trong giải quyết các vấn đề năng
lượng thực tế

điểm /   đánh giá
Phát hành ngày
2024-05-14
Chuyên mục
Bài viết