Zusammenfassung:
Forscher der University of Arkansas und der University of Michigan haben einen Graphen-Energie-Harvester demonstriert, der Magnetfelder um Wechselstromleitungen nutzt, um Temperatursensoren mit extrem geringem Stromverbrauch zu betreiben. Das System arbeitet mit einem Stromverbrauch im Nanowatt-Bereich und wandelt ansonsten leicht zu ignorierende Magnetfelder von Stromleitungen in Energie für winzige elektronische Geräte um.
Der Graphen-Induktor im Gerät sammelt Energie aus dem magnetischen Wechselfeld, und dann wandelt die Schaltung das Wechselstromsignal in Gleichstrom um, um den Kondensator aufzuladen. Der Kondensator speichert die elektrische Energie zur Nutzung durch den Sensor. Das Forschungsteam sagte, dass der Induktor die Ladung schneller wieder auffüllt, als der Sensor Strom verbraucht, sodass die Energiespeicherung weiterhin aufrechterhalten werden kann, wenn nahegelegene Stromleitungen normal funktionieren. Die Studie konzentrierte sich auf 60 Hz Wechselstrom, der in den Vereinigten Staaten üblich ist. Die Leistung bei anderen Netzfrequenzen wurde in dieser Studie nicht berücksichtigt.
Die Forscher schätzen, dass der Sensor bei einer Stromunterbrechung aufgrund des geladenen Kondensators mindestens 24 Stunden und möglicherweise sogar eine Woche lang weiterarbeiten kann. Bei dieser Akkulaufzeit handelt es sich um eine Schätzung des Teams basierend auf dem aktuellen Gerät und nicht um das Ergebnis von Langzeittests bei Stromausfällen. Das Papier weist auch darauf hin, dass das experimentelle System noch einmalige erste Schritte durchläuft, darunter das Vorladen des Energiespeicherkondensators und das Einrichten des Prozessors; ein vollständig autonomer Kaltstart ist noch nicht verifiziert.
Diese Arbeit wurde in „Vacuum Science and Technology B“ veröffentlicht. Das Team hat zuvor auch die Verwendung von Graphen-Solarzellen zur Stromversorgung von Temperatursensoren demonstriert. Das langfristige Ziel besteht darin, verschiedene Methoden zur Energiegewinnung aus der Umwelt wie Solarenergie, Wärmeenergie, Schall, Bewegung und elektromagnetische Felder zu kombinieren, sodass Landwirtschaft, Umweltüberwachung, medizinische Nachverfolgung und Logistikgeräte den Wartungsbedarf für den Batteriewechsel reduzieren können.
Das Forschungsteam geht davon aus, dass dieser Sensortyp in Zukunft unter Niedrigstrombedingungen lange Zeit unbeaufsichtigt arbeiten kann, aber „Dauerbetrieb über Jahrzehnte“ ist immer noch das Forschungs- und Entwicklungsziel, nicht die bisher nachgewiesene Lebensdauer. NTS Innovations, das die exklusive Kommerzialisierungslizenz für verwandte Technologien besitzt, sagte, dass mehr als 60 potenzielle Partner Interesse an Tests oder Integration bekundet hätten.
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