В НовГУ предложили материалы для создания малогабаритных и экологичных энергогенераторов

10 сентября 2025, 14:31   1015

На сегодняшний день основными источниками энергии являются тепло и электричество. Их производство связано со сжиганием ископаемого топлива – угля, газа, нефти и так далее. Они однажды закончатся, поэтому им ищут замену. Альтернативные источники – это природные явления, которые будут всегда. К ним относят солнечную, ветровую, гидроэнергию и геотермальную энергию. Учёные НовГУ занимаются поисками материалов для создания экологически чистых устройств сбора энергии, которые не нуждались бы в энергии солнца и большой площади, но при этом были бы эффективными. Учёные изучили свойства материалов, которые лягут в основу новых генераторов, снижая затраты времени и ресурсов.

Авторы работы – профессор кафедры проектирования и технологий радиоаппаратуры НовГУ Роман Валерьевич Петров, аспирант Политехнического института Василий Мисилин и инженер-технолог АО «ОКБ-Планета» Евгений Кузьмин.

Учёные считают магнитоэлектрические (МЭ) элементы одними из перспективнейших основных компонентов для генераторов электроэнергии. В их основе лежит магнитоэлектрический эффект (МЭ-эффект). Он используется для преобразования механической энергии в магнитную, затем магнитной энергии в электрическую в устройствах, которые собирают энергию из внешней среды. Конструктивно МЭ-элементы выполнены в виде пластин, действующих как камертон в резонансе. Колебания или вибрация способствуют интенсивному выделению энергии в них. Энергию затем преобразуют к нужному уровню и аккумулируют. Энергия, вырабатываемая МЭ элементом при воздействии вибрации складывается из двух составляющих – из энергии, преобразованной за счёт пьезоэффекта, и энергии, преобразованной благодаря магнитоэлектрическому эффекту.

Учёные изучили характеристики магнитоэлектрических элементов для создания особого типа генераторов – магнитоэлектрического синхронного генератора. Идею МЭ-генератора учёные разработали в 2015 году. МЭ генератор может использоваться в разработке малогабаритных, энергоэффективных и экологически чистых приборов.

— Такой генератор может быть использован, например, в ветроэнергетических установках, гидрогенераторах, турбогенераторах и электрооборудовании, предназначенных для преобразования механической энергии в электрическую, — рассказал Роман Валерьевич Петров. — В отличие от прочих устройств сбора энергии предлагаемое обладает рядом преимуществ. Например, по сравнению с панелями на солнечных элементах устройство имеет более компактный размер и не требует солнца и большой площади поверхности для работы. Для электромагнитных генераторов характерен большой вес и материалоёмкость, в отличие от них МЭ элементы имеют меньший вес и не используют в своём составе дорогостоящую медь для обмоток.

Исследователи рассмотрели два типа магнитоэлектрических элементов с разными размерами 70×12×0,54 мм и 30×10×0,54 мм. Они состоят из склеенных вместе пластины пьезоэлектрика и тонкой гибкой магнитострикционной пластины.

Для измерения характеристик МЭ элементов был разработан специальный измерительный стенд. С помощью изготовленного прибора исследователи изучили характеристики МЭ элементов в нерезонансном и резонансном режиме. Исследованы характеристики МЭ элементов в диапазоне частот от 100 Гц до 100 кГц.

— Исследование показало, что магнитоэлектрические элементы обладают высоким потенциалом для применения в энергогенераторах, — подчеркнул Роман Валерьевич. — При этом их совместная работа МЭ элементов в резонансном режиме значительно, на несколько порядков, увеличивает выходную мощность. Это мощность в десятки милливатт, поэтому такие системы уже могут использоваться в энергонезависимых устройствах. Так, выходная мощность одного такого элемента на резонансной частоте около 51 кГц составила около одного милливатта.

Результаты исследования будут использованы для создания прототипов новых МЭ генераторных систем. Обзор разработки сделан при грантовой поддержке Минобрнауки России, в рамках Десятилетия науки и технологий.

Эту и другие новости читайте в официальном телеграм-канале Новгородского университета.