Değişen ortam sıcaklığına dayanan küçük ısı pompası, IoT cihazlarına ve sensörlere pilsiz güç sağlamanın anahtarı olabilir. Bilim insanları, geliştirdikleri yeni bir teknikte nanopartiküllerin süreç için kritik öneme sahip olduğunu belirtiyor
IoT teknolojisi ilerledikçe, özellikle güvenilir elektrik kaynaklarının az olduğu yerlerde bu cihazlara nasıl güç sağlanacağı sorusu önemli bir zorluk teşkil etmekte. Utah Üniversitesi Mühendislik Fakültesi’ndeki araştırmacılar, bu ikilemi çözmeye yardımcı olabilecek yeni bir pil türüne öncülük ettiler. Henüz kavram kanıtlama aşamasında olan çözüm, bir piroelektrokimyasal hücre (PEC) biçiminde geliyor.
Makine mühendisliği doçentleri Roseanne Warren ve Shad Roundy tarafından geliştirilen entegre cihaz, ortamdaki termal enerjiyi topluyor ve depolanmış elektrokimyasal enerjiye dönüştürüyor. Böylece IoT ve sensör uygulamaları için ideal olabilecek bir süper kapasitör ya da pil ortaya çıkıyor.
Üretilebilen enerji son derece küçük ama yeterli olabilir
Söz konusu cihaz, ister bir aracın, ister bir uçağın içinde, hatta tarımsal bir ortamda toprağın altında bulunsun, çevresindeki sıcaklık değişimleriyle şarj olarak çalışıyor.
Roseanne Warren “Burada büyük ölçekli değil, çok düşük seviyelerde enerji hasadından bahsediyoruz” diyor ve ekliyor: “Ancak dağıtılabilen ve sahada yeniden şarj edilmesi gerekmeyen sensörlere sahip olma yeteneği projenin ana avantajı. Bunun temel fiziğini araştırdık ve sıcaklıktaki bir artış veya sıcaklıktaki bir düşüşle küçük miktarlarda da olsa bir şarj üretebileceğini gördük. IoT sensörleri için bu yeterli olabilir”
Güneş pilleri IoT cihazları için alternatif bir güç kaynağı sağlayabilirken, pratikte çoğu zaman sorunlar ortaya çıkmaktadır. Roundy, “Pek çok ortamda iki sorunla karşılaşıyorsunuz” diyor ve ekliyor: “Birincisi, güneş panelleri zaman içinde kirleniyor. Güneş pillerinin temiz tutulması gerekiyor. Bir de tabi güneş ışığının olmadığı pek çok uygulama alanı var. Örneğin, toprağın üst yüzeyinin hemen altına yerleştirdiğimiz toprak sensörleri üzerinde çalışıyoruz.”
Pil veya güç kaynağı gerektirmeyen çözüm
Elektrokimyasal bir hücrede ayırıcı olarak gözenekli poliviniliden florür (PVDF) ve baryum titanat nanopartiküllerinden yapılmış bir piroelektrik kompozit malzemenin kullanılmasıyla, cihazın elektriksel özellikleri ısıtıldıkça veya soğutuldukça değişiyor. Bu eylem piroelektrik ayırıcının polarizasyonunu değiştiriyor. Bu sıcaklık değişimi de hücre içinde bir elektrik alanı yaratarak iyonların hareket etmesini ve hücrenin enerji depolamasını sağlıyor.
Tek bir ısıtma/soğutma döngüsünden santimetrekare başına sadece 100 mikro jul üretilmesine rağmen, bu bazı IoT uygulamalarının ihtiyaçları için yeterli olabilir. ABD Ulusal Bilim Vakfı tarafından finanse edilen çalışma, Royal Society of Chemistry tarafından yayınlanan Energy & Environmental Science dergisinin 21 Mart tarihli sayısında kapak konusu olarak yer alıyor.