Noget fra ingenting:Brug af spildvarme til at drive elektronik

At indsamle energi fra miljømæssig spildvarme, såsom den, der går tabt fra den menneskelige krop, er en attraktiv mulighed for at drive lille elektronik bæredygtigt. En termocelle er en type energi-høstende enhed, der omdanner miljøvarme til elektricitet gennem den termiske opladningseffekt.

Selvom termoceller er billige og effektive, indtil videre er der kun opnået lave udgangsspændinger - kun titusinder af millivolt (mV) - og disse spændinger afhænger også af temperaturen.

Disse ulemper skal løses, for at termoceller kan drive elektronik pålideligt og bidrage til udviklingen af ​​et bæredygtigt samfund.

Et forskerhold ledet af University of Tsukuba forbedrede for nylig termocellers energihøstningsydelse, at bringe denne teknologi et skridt tættere på kommercialisering. Deres resultater er offentliggjort i Videnskabelige rapporter ("Energihøstende termocelle med brug af faseovergang").

Holdet udviklede en termocelle indeholdende et materiale, der udviste en temperaturinduceret faseovergang af dets krystalstruktur. Lige over stuetemperatur, atomerne i dette faste materiale omarrangerede til at danne en anden krystalstruktur. Denne faseovergang resulterede i en stigning i udgangsspændingen fra nul til omkring 120 mV, repræsenterer en betydelig ydelsesforbedring i forhold til eksisterende termoceller.

"Den temperaturinducerede faseovergang af vores materiale fik dets volumen til at stige, " forklarer professor Yutaka Moritomo, seniorforfatter af undersøgelsen. "Dette hævede igen termocellens udgangsspænding."

Forskerne var i stand til at finjustere faseovergangstemperaturen på deres materiale, så det lå lige over stuetemperatur. Når en termocelle indeholdende dette materiale blev opvarmet over denne temperatur, faseovergangen af ​​materialet blev induceret, hvilket førte til en væsentlig stigning i udgangsspændingen fra nul ved lav temperatur til omkring 120 mV ved 50 °C.

Ud over at tackle problemet med lav udgangsspænding, termocellen, der indeholdt faseovergangsmaterialet, overvandt også problemet med en temperaturafhængig udgangsspænding. Fordi stigningen i termocellens udgangsspænding induceret af den termiske faseovergang var meget større end de temperaturafhængige udsving i udgangsspændingen, disse udsving kunne ignoreres.

"Vores resultater tyder på, at termocellens ydeevne kan øges kraftigt ved at inkludere et materiale, der udviser en faseovergang ved en passende temperatur, " siger professor Moritomo. "Dette koncept er en attraktiv måde at realisere mere effektive energihøstningsanordninger på."

Forskerholdets design, der kombinerer termocelleteknologi med et passende afstemt faseovergangsmateriale, fører til øget evne til at høste spildvarme til at drive elektronik, som er en miljømæssigt bæredygtig proces. Dette design har potentiale til at levere uafhængige strømforsyninger til avanceret elektronik.