Οι επιστήμονες ανέπτυξαν έναν μικροσκοπικό αισθητήρα θερμοκρασίας που συλλέγει ενέργεια από μαγνητικά πεδία κοντά σε ηλεκτρικά καλώδια.
H παρατήρηση
Η ηλεκτρική καλωδίωση παράγει ασθενή ηλεκτρομαγνητικά πεδία που συνήθως περνούν απαρατήρητα, αλλά οι ερευνητές βρήκαν έναν τρόπο να μετατρέψουν μέρος αυτής της ενέργειας σε πηγή ενέργειας για μικροσκοπικές ηλεκτρονικές συσκευές. Επιστήμονες στο Πανεπιστήμιο του Αρκάνσας (U of A) και στο Πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν ανέπτυξαν έναν συλλέκτη ενέργειας με βάση το γραφένιο, ικανό να τροφοδοτεί έναν αισθητήρα θερμοκρασίας εξαιρετικά χαμηλής ισχύος χωρίς συμβατική μπαταρία.
Το πρωτότυπο λειτουργεί χρησιμοποιώντας ενέργεια που συλλέγεται από το άμεσο περιβάλλον του, καταναλώνοντας ενέργεια που μετριέται σε νανοβάτ ή δισεκατομμυριοστά του watt. Αποτελεί μια ακόμη πρόοδο προς τον στόχο της ομάδας να αναπτύξει αυτόνομους αισθητήρες που θα μπορούσαν να λειτουργούν χωρίς επίβλεψη για δεκαετίες.
Μετατρέποντας την ηλεκτρική καλωδίωση σε πηγή ενέργειας
Η τεχνολογία συλλέγει ενέργεια από μαγνητικά πεδία που παράγονται από ηλεκτρικά καλώδια που μεταφέρουν εναλλασσόμενο ρεύμα. Στις Ηνωμένες Πολιτείες, το ηλεκτρικό ρεύμα λειτουργεί συνήθως στα 60 hertz, που σημαίνει ότι το ρεύμα αλλάζει κατεύθυνση 60 φορές κάθε δευτερόλεπτο. Οι ερευνητές σχεδίασαν τον αισθητήρα τους για να συλλέγει ενέργεια από αυτά τα πεδία χαμηλής συχνότητας.
Ένας επαγωγέας γραφενίου συλλέγει την ενέργεια και στέλνει ένα εναλλασσόμενο ηλεκτρικό σήμα σε ένα προσαρμοσμένο κύκλωμα, το οποίο τη μετατρέπει σε συνεχές ρεύμα. Αυτό το ηλεκτρικό ρεύμα φορτίζει πυκνωτές που αποθηκεύουν ενέργεια για να χρησιμοποιήσει ο αισθητήρας. Σε αντίθεση με μια μπαταρία, ένας πυκνωτής αποθηκεύει ενέργεια σε ένα ηλεκτρικό πεδίο και όχι μέσω χημικών αντιδράσεων.
«Ο επαγωγέας προσθέτει φορτίο σε αυτούς τους πυκνωτές με αργό ρυθμό», εξήγησε ο καθηγητής φυσικής του Πανεπιστημίου του Αρκάνσας, Πολ Θιμπάντο, «αλλά είναι ταχύτερος από τον ρυθμό που καταναλώνει ο αισθητήρας για τα φορτία από τους πυκνωτές».
Επειδή ο αισθητήρας καταναλώνει ενέργεια πιο αργά από ό,τι την αναπληρώνει το σύστημα, οι πυκνωτές μπορούν να διατηρήσουν ένα ηλεκτρικό απόθεμα. Ο Θιμπάντο εκτιμά ότι αυτή η αποθηκευμένη ενέργεια θα μπορούσε να διατηρήσει τη συσκευή σε λειτουργία για τουλάχιστον 24 ώρες κατά τη διάρκεια μιας διακοπής ρεύματος, η οποία ενδεχομένως να παραταθεί σε μια εβδομάδα.
Κατασκευή αισθητήρων που μπορούν να τροφοδοτούνται μόνοι τους
Η νέα συσκευή είναι ο δεύτερος αισθητήρας θερμοκρασίας που τροφοδοτείται από γραφένιο και αναπτύχθηκε από την ερευνητική ομάδα. Η προηγούμενη εργασία τους έδειξε ότι τα ηλιακά κύτταρα με βάση το γραφένιο θα μπορούσαν να παρέχουν αρκετή ηλεκτρική ενέργεια για τη λειτουργία αισθητήρων θερμοκρασίας, δημιουργώντας μια άλλη πιθανή πηγή ενέργειας για αυτόνομα ηλεκτρονικά.
Το γραφένιο, ένα υλικό που αποτελείται από ένα μόνο στρώμα ατόμων άνθρακα, έχει ηλεκτρικές ιδιότητες που το καθιστούν χρήσιμο σε τεχνολογίες συλλογής ενέργειας. Ο Thibado έχει διερευνήσει αυτές τις ιδιότητες για περισσότερο από μια δεκαετία και εφηύρε τους συλλέκτες ενέργειας γραφενίου που χρησιμοποιούνται στην έρευνα της ομάδας.
Οι ερευνητές θέλουν τελικά να συνδυάσουν διάφορες μεθόδους συλλογής περιβαλλοντικής ενέργειας, συμπεριλαμβανομένου του ηλιακού φωτός, της θερμότητας, του ήχου, της κίνησης και των ηλεκτρομαγνητικών πεδίων περιβάλλοντος. Ένας αισθητήρας εξοπλισμένος με πολλαπλά συστήματα συλλογής θα μπορούσε να συνεχίσει να λειτουργεί όταν μια πηγή ενέργειας δεν είναι διαθέσιμη, μειώνοντας την εξάρτησή του από οποιαδήποτε μεμονωμένη παροχή ρεύματος.
Εφαρμογές πέρα από την παρακολούθηση θερμοκρασίας
Παρόλο που η μέτρηση θερμοκρασίας παρέχει μια πρακτική επίδειξη, η τεχνολογία θα μπορούσε τελικά να υποστηρίξει αισθητήρες που χρησιμοποιούνται στη γεωργία, την παρακολούθηση του περιβάλλοντος, την ιατρική παρακολούθηση, τα φορητά ηλεκτρονικά και τη διαχείριση της αλυσίδας εφοδιασμού. Αυτές οι εφαρμογές συχνά απαιτούν συσκευές που λειτουργούν σε τοποθεσίες όπου η αντικατάσταση μπαταριών είναι ακριβή, άβολη ή μη πρακτική.
Ο Thibado περιγράφει το μακροπρόθεσμο όραμα ως «τοποθέτησέ το και ξέχασέ το», με αισθητήρες σχεδιασμένους να λειτουργούν για μεγάλα χρονικά διαστήματα χωρίς τακτική αντικατάσταση μπαταριών. Η εξάλειψη των μπαταριών μιας χρήσης θα μπορούσε επίσης να μειώσει τις απαιτήσεις συντήρησης και τα ηλεκτρονικά απόβλητα, αν και δεκαετίες αξιόπιστης λειτουργίας δεν έχουν ακόμη αποδειχθεί.
Εμπορική Ανάπτυξη και Μελλοντικές Δυνατότητες
Η NTS Innovations, μια εταιρεία νανοτεχνολογίας, κατέχει την αποκλειστική άδεια εμπορευματοποίησης της τεχνολογίας συλλογής ενέργειας από γραφένιο. Η εταιρεία έχει υποστηρίξει την ανάπτυξη διπλωμάτων ευρεσιτεχνίας, τον επιχειρηματικό σχεδιασμό και τις προσπάθειες για τον εντοπισμό πιθανών πελατών και εμπορικών συνεργατών.
Περισσότερα από 60 μέρη έχουν εκφράσει ενδιαφέρον για τη δοκιμή της τεχνολογίας και την εξερεύνηση τρόπων ενσωμάτωσής της σε προϊόντα. Οι συνεχιζόμενες συζητήσεις συμβάλλουν στον καθορισμό πρακτικών απαιτήσεων, συμπεριλαμβανομένης της ελάχιστης ηλεκτρικής ισχύος που απαιτείται για διαφορετικές εφαρμογές.
Οι ερευνητές οραματίζονται δίκτυα αυτοτροφοδοτούμενων αισθητήρων που μπορούν να συλλέγουν πληροφορίες για χρόνια με ελάχιστη ανθρώπινη παρέμβαση. Ο συνδυασμός της συλλογής ενέργειας με βάση το γραφένιο με ηλεκτρονικά συστήματα που καταναλώνουν εξαιρετικά μικρές ποσότητες ηλεκτρικής ενέργειας θα μπορούσε να βοηθήσει στην επίτευξη αυτού του στόχου.
www.worldenergynews.gr
