"Hybridizing Energy Conversion and Storage in a Mechanical-to-Electrochemical Process for Self-Charging Power Cell". X. Xue, S. Wang, W. Guo, Y. Zhang, Z. L. Wang. NANOLETTERS. In press. DOI: 10.1021/nl302879t
Energy generation and energy storage are two distinct processes that are
usually accomplished using two separated units designed on the basis of
different physical principles, such as piezoelectric nanogenerator and
Li-ion battery; the former converts mechanical energy into electricity,
and the latter stores electric energy as chemical energy. Here, we
introduce a fundamental mechanism that directly hybridizes the two
processes into one, in which the mechanical energy is directly converted
and simultaneously stored as chemical energy without going through the
intermediate step of first converting into electricity. By replacing the
polyethylene (PE) separator as for conventional Li battery with a
piezoelectric poly(vinylidene fluoride) (PVDF) film, the piezoelectric
potential from the PVDF film as created by mechanical straining acts as a
charge pump to drive Li ions to migrate from the cathode to the anode
accompanying charging reactions at electrodes. This new approach can be
applied to fabricating a self-charging power cell (SCPC) for sustainable
driving micro/nanosystems and personal electronics.
La generación y el almacenamiento de energía son dos procesos distintos que usualmente ocurren utilizando dos unidades por separado, diseñadas en base a principios físicos distintos, tal y como ocurre con la nanogeneración piezoeléctrica y con las baterías de iones de Li; en el primer caso la energía mecánica se convierte en electricidad, y en el segundo la energía eléctrica se almacena como energía química. Aquí se presenta un mecanismo fundamental que hibridiza, en uno, los dos procesos directamente, en el cual la energía mecánica es convertida directamente y almacenda de forma simultánea como energía química, sin la necesidad de pasar por un paso intermedio que primero convierta la energía en electricidad. Por medio del reemplazo del polietileno (PE), como separador convencional en las baterías de Li, por una película piezoeléctrica de fluoruro de polivinilideno, el potencial piezoeléctrico de la película PVDF, que se crea por esfuerzos mecánicos, funciona como una fuente de carga que dirige la migración de los iones de Li del cátodo al ánodo, acompañando de reacciones de recarga en los electrodos. Esta nueva estrategia puede aplicarse a la fabricacion de celdas de potencia autorecargables para el manejo de micro/nano-sistemas sostenibles y para electrónica personal.
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