فن آوری های انرژی های تجدیدپذیر به طور کلی از دو فرآیند متمایز تشکیل شده است: تولید انرژی (با استفاده از منابعی مانند زغال سنگ، خورشید، باد و غیره) و ذخیره انرژی (مانند باتری). این دو فرآیند همیشه از طریق دو واحد مجزا انجام می‌شوند که در فرآیند اول، شکل اولیه انرژی به الکتریسیته و فرآیند دوم، واکنش شیمیایی را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند. اکنون برای اولین بار، مهندسان نشان داده اند که انرژی را می توان در یک دستگاه واحد تولید و ذخیره کرد که انرژی مکانیکی را مستقیماً به انرژی شیمیایی تبدیل می کند و مرحله میانی تولید برق را دور می زند. این دستگاه اساساً به عنوان یک واحد ژنراتور-باتری هیبریدی یا به عبارت دیگر یک سلول خود شارژ شونده عمل می کند.

محققان از موسسه فناوری جورجیا در آتلانتا، مطالعه خود را در مورد ترکیب تولید انرژی و ذخیره انرژی در شماره اخیر ژورنال نانو نیچر منتشر کردند. ژونگ لین وانگ به Phys.org گفت: «این پروژه ای است که رویکرد جدیدی را در فناوری باتری معرفی می کند که اساساً در علم جدید است. این یک کاربرد کلی و گسترده دارد زیرا واحدی است که نه تنها انرژی را برداشت می‌کند، بلکه آن را نیز ذخیره می‌کند. برای شارژ باتری به منبع DC دیواری ثابت نیاز ندارد. این بیشتر برای وسایل الکترونیکی کوچک و قابل حمل استفاده می شود.

برای ساخت سلول خود شارژ، محققان با یک باتری لیتیوم یونی از نوع سکه ای شروع کردند و جداکننده پلی اتیلن را که معمولاً دو الکترود را جدا می کند با فیلم PVDF جایگزین کردند. به عنوان یک ماده پیزوالکتریک، فیلم PVDF زمانی که تحت تنش اعمال می شود، بار تولید می کند. به دلیل موقعیت آن بین الکترودهای باتری، فیلم PVDF باعث می شود یون های مثبت لیتیوم از کاتد به آند مهاجرت کنند تا تعادل شارژ در سراسر باتری حفظ شود. این فرآیند مهاجرت یون، باتری را بدون نیاز به هیچ منبع ولتاژ خارجی شارژ می کند. از آنجایی که جداکننده PVDF ولتاژ یا اختلاف پتانسیل بین الکترودها را فراهم می کند، باتری اساساً خود شارژ می شود. به منظور اعمال استرس به جداکننده، محققان باتری به اندازه یک سکه را به کف کفش متصل کردند و دریافتند که راه رفتن می تواند انرژی فشاری کافی برای شارژ باتری ایجاد کند. نیروی فشاری با فرکانس 2.3 هرتز می تواند ولتاژ دستگاه را در مدت 4 دقیقه از 327 به 395 میلی ولت برساند. این افزایش 65 میلی ولتی به طور قابل توجهی بیشتر از افزایش 10 میلی ولتی است که هنگام جدا کردن سلول به ژنراتور پیزوالکتریک PVDF و باتری لیتیوم یونی با جداکننده پلی اتیلن معمولی انجام شد. این بهبود نشان می‌دهد که دستیابی به تبدیل انرژی مکانیکی به شیمیایی در یک مرحله بسیار کارآمدتر از فرآیند دو مرحله‌ای مکانیکی به شیمیایی و شیمیایی به الکتریکی است که برای شارژ باتری سنتی استفاده می‌شود. پس از رسیدن به تعادل جدید بین الکترودها، فرآیند خود شارژ متوقف می شود. سلول می تواند پس از رها شدن تنش اعمال شده، تغذیه را آغاز کند، زیرا میدان پیزوالکتریک ناپدید می شود و یون های لیتیوم می توانند از آند به کاتد برگردند تا به تعادل جدیدی برسند. مانند یک باتری لیتیوم یون معمولی، انتشار یون شامل واکنش‌های کاهش-اکسیداسیون الکتروشیمیایی است که در اینجا جریانی در حدود ۱ میکروآمپر تولید می‌کند که می‌تواند برای تامین انرژی یک دستگاه الکترونیکی کوچک استفاده شود.

ژونگ لین وانگ گفت: «یون‌های لیتیوم بلافاصله پس از حذف تنش اعمال‌شده به عقب برنمی‌گردند، زیرا ترکیب جدیدی با ماده آند (LiTiO) تشکیل می‌دهند. شارژها مانند یک باتری معمولی حفظ می شوند. آنها در زمان دیگری که نیاز به برق باشد آزاد می شوند. اگرچه این ولتاژها و جریان‌ها کم هستند، اما محققان نشان دادند که سلول می‌تواند با ولتاژهای بالاتر در حدود 1.5 ولت نیز خود شارژ شود، که می‌تواند آن را برای طیف وسیع‌تری از کاربردها مفید کند. محققان پیش‌بینی می‌کنند که می‌توانند با انجام چندین اصلاح، عملکرد سلول باتری را بیشتر بهبود بخشند، مانند استفاده از پوشش انعطاف‌پذیر برای تغییر شکل بیشتر مواد پیزوالکتریک که در آینده بروی آن کار خواهد شد