Küçük ısı pompaları, değişen ortam sıcaklıklarına dayanarak IoT cihazlarına ve sensörlere pilsiz güç sağlamanın potansiyelini sunabilir. Bilim insanları, nanopartiküllerin kritik önem taşıdığı yeni bir teknik geliştirdiklerini belirtiyorlar.
IoT teknolojisi geliştikçe, özellikle güvenilir elektrik kaynaklarının sınırlı olduğu bölgelerde, bu cihazlara nasıl güç sağlanacağı önemli bir sorun haline geliyor. Utah Üniversitesi Mühendislik Fakültesi’ndeki araştırmacılar, bu zorluğu aşabilecek yeni bir pil türüne öncülük ediyorlar. Şu anda kavramsal bir aşamada olan bu çözüm, bir piroelektrokimyasal hücre (PEC) biçiminde gelmekte.
Doçent Roseanne Warren ve Shad Roundy tarafından geliştirilen bu entegre cihaz, çevredeki termal enerjiyi toplayarak ve depolanan elektrokimyasal enerjiye dönüştürerek IoT ve sensör uygulamaları için ideal bir süper kapasitör veya pil oluşturuyor.
Roseanne Warren, geliştirilen cihazın çevresel sıcaklık değişimlerinden şarj alabilme yeteneğine sahip olduğunu belirtiyor. Bu cihaz, bir araçta, uçakta veya tarımsal alanlarda toprak altında kullanılsa dahi, etrafındaki sıcaklık dalgalanmalarını kullanarak çalışabilir.
Warren, “Bu, büyük ölçekli değil, çok düşük seviyelerde enerji hasadından bahsediyoruz” diyor ve ekliyor: “Ancak, bu projenin temel avantajı, dağıtılabilir ve sahada yeniden şarj edilmesi gerekmediği için sensörlere sahip olma yeteneğidir. Araştırmamızda, sıcaklık artışı veya azalışının, küçük miktarlarda bile bir şarj üretebileceğini gördük. Bu, IoT sensörleri için yeterli olabilir.”
Güneş pilleri IoT cihazları için alternatif bir güç kaynağı sağlayabilirken, uygulamada genellikle bazı sorunlar ortaya çıkabilmekte. Roundy, “Birçok durumda iki temel sorunla karşılaşıyoruz” diyor ve şöyle devam ediyor: “İlk olarak, güneş panelleri zamanla kirleniyor ve düzenli olarak temizlenmeleri gerekiyor. İkincisi ise, güneş ışığının olmadığı durumlar mevcut. Örneğin, toprak sensörleri gibi yeraltı uygulamaları için güneş pilleri uygun değil.”
Elektrokimyasal bir hücrede, ayırıcı olarak PVDF (poliviniliden florür) ve baryum titanat nanopartiküllerinden oluşan bir piroelektrik kompozit malzeme kullanılarak, cihazın elektriksel özellikleri ısıtıldıkça veya soğutuldukça değişebiliyor. Bu değişim, piroelektrik ayırıcının polarizasyonunu değiştiriyor. Böylece, sıcaklık değişimi, hücre içinde bir elektrik alanı oluşturarak iyonların hareket etmesini ve hücrenin enerji depolamasını sağlıyor.
Santimetrekaresi için tek bir ısıtma/soğutma döngüsünden sadece 100 mikro joule üretilmesine rağmen, bu bazı IoT uygulamalarının ihtiyaçları için yeterli olabilir. ABD Ulusal Bilim Vakfı tarafından finanse edilen bu çalışma, Energy & Environmental Science dergisinin 21 Mart tarihli sayısında kapak konusu olarak yer aldı.
