Primele celule solare pe bază de grafen folosite pentru alimentarea senzorilor de temperatură
O echipă de cercetători de la Universitatea din Arkansas și Universitatea din Michigan a reușit să demonstreze utilizarea primelor celule solare pe bază de grafen pentru a alimenta senzori de temperatură cu putere ultra-scăzută. Această realizare reprezintă un pas important în dezvoltarea sistemelor autonome de senzori care extrag energia din mai multe surse din mediu, inclusiv din solar, termic, acustic, cinetic, nelinear și radiații ambientale.
Articolul privind această inovație a fost publicat în revista Journal of Vacuum Science and Technology B. Obiectivul final este de a dezvolta senzori multi-modali care să integreze mai multe surse de energie, folosind capacitatea de recuperare a energiei din grafen pentru a asigura o durată de viață de decenii și pentru a contribui la realizarea conceptului Internet of Things, în care tehnologia inteligentă devine parte integrantă a vieții cotidiene.
Ashaduzzaman, un absolvent de doctorat în fizică și autor principal al lucrării, subliniază că realizarea acestui sistem a depins de depășirea a două provocări majore. Prima a fost reducerea cererii de putere a senzorului la nanowatti, echivalentul a un miliard de watti, în comparație cu standardul actual, care este măsurat în microwatti. A doua provocare a fost alimentarea senzorului cu energie extrasă din mediu.
Un aspect notabil al acestui sistem, și al celor care urmează să fie dezvoltate, este absența bateriilor, care au o viață utilă limitată. Aceasta permite harvesterelor de energie pe bază de grafen să obțină o durată de operare extinsă, potențial de decenii.
„Energia trebuie extrasă din mediul local”, explică Paul Thibado, profesor de fizică și autor corespondent, „astfel încât să fie auto-alimentată și autonomă, și trebuie să aibă o durată de viață operațională extrem de lungă pentru a reduce dramatic costurile totale de utilizare. Așadar, setăm dispozitivul și îl uităm.”
Echipa de la Universitatea din Arkansas a fost responsabilă în principal pentru finalizarea celei de-a doua provocări, în timp ce echipa de la Universitatea din Michigan, condusă de David Blaauw, expert în senzori wireless cu consum redus de energie, a fost responsabilă pentru prima provocare. Blaauw a proiectat chiar senzori mici care pot fi plantați în aripile unei fluturi.
Studiul confirmă că este posibil să creăm un senzor de temperatură cu consum ultra-scăzut folosind energie solară pe bază de grafen. „Ne-am gândit că, dacă am putea elimina unitatea de gestionare a energiei, poate că acest sistem de senzori ar consuma și mai puțină energie”, explică Ashaduzzaman. „Așa că asta am făcut. Apoi am conectat trei seturi de celule solare pentru a alimenta direct sistemele de temperatură cu trei condensatori de stocare.”
Thibado adaugă: „Anticipăm construirea unor dispozitive care să recupereze mai multe surse de energie în cadrul acelui dispozitiv.” Prin crearea acestora ca „multi-modale”, deficiențele intermitente în alimentarea solară pot fi completate prin adăugarea de energie termică sau non-liniară, în funcție de caz.
Thibado preconizează utilizarea senzorilor în domenii unde aceștia ar fi utili, dar în care necesitatea de a înlocui bateriile ar face acest lucru laborios și costisitor. Aceste aplicații ar putea include monitorizarea climatică agricolă, urmărirea animalelor, monitorizarea fitness-ului purtabil, sisteme de alarmă în clădiri, întreținerea predictivă și o gamă largă de alte aplicații.
Coautorii de la U of A includ, de asemenea, pe Syed M. Rahman, Md R. Kabir și James M. Magnum, toți studenți la doctorat. Coautorii de la Universitatea din Michigan includ pe Hung Do și Gordon Carichner, pe lângă Blaauw.
Ashaduzzaman a menționat că lucrează la senzorul de temperatură de aproximativ un an și jumătate. Pasul următor este perfecționarea unui sistem de recuperare a energiei cinetice care să extragă energie din calitățile unice de vibrație ale grafenului. Această capacitate va fi apoi combinată cu senzorul solar, creând astfel un senzor multi-modal, conform planului.
