In een wereld die hongert naar schone energie, hebben ingenieurs een nieuw materiaal ontwikkeld dat de eenvoudige mechanische trillingen om ons heen omzet in elektriciteit om sensoren aan te drijven in alles van pacemakers tot ruimtevaartuigen.
Tien jaar werk van onderzoekers van de Universiteit van Waterloo en de Universiteit van Toronto is het resultaat van een uniek en nieuw opwekkingssysteem dat compact, betrouwbaar, goedkoop en zeer groen is.
“Onze vooruitgang zal een aanzienlijke sociale en economische impact hebben door onze afhankelijkheid van niet-hernieuwbare energiebronnen te verminderen”, zegt Asif Khan, een Waterloo-onderzoeker en co-auteur van een nieuwe studie over het project. “We hebben deze energieopwekkende materialen nu kritischer nodig dan op enig ander moment in de geschiedenis.”
Het systeem dat Khan en zijn collega’s ontwikkelden, is gebaseerd op het piëzo-elektrische effect, dat een elektrische stroom creëert door druk uit te oefenen – mechanische trillingen zijn een voorbeeld – op een geschikt materiaal.
Het effect werd ontdekt in 1880 en sindsdien is een beperkt aantal piëzo-elektrische materialen, zoals kwarts en Rochelle-zout, gebruikt in technologieën variërend van sonar en ultrasone beeldvorming tot microgolfapparaten.
Het probleem is dat tot nu toe traditionele piëzo-elektrische materialen die in commerciële apparaten worden gebruikt, beperkte mogelijkheden voor energieopwekking hadden. Ze gebruiken vaak lood, dat Khan omschrijft als “schadelijk voor het milieu en de menselijke gezondheid”.
Onderzoekers hebben beide problemen opgelost.
Ze begonnen met het kweken van een groot enkel kristal van een moleculaire metaalhalogenideverbinding genaamd edabco-koperchloride met behulp van het Jahn-Teller-effect, een bekend scheikundig concept dat verband houdt met de spontane geometrische vervorming van een kristalveld.
Khan zei dat het zeer piëzo-elektrische materiaal vervolgens werd gebruikt om nanogeneratoren te maken “met een recordenergiedichtheid die kleine mechanische trillingen kan oogsten onder alle dynamische omstandigheden, van menselijke beweging tot auto’s” in een proces dat geen lood of niet-hernieuwbare energie vereist. . .
De nanogenerator is klein – 2,5 centimeter in het vierkant en de dikte van een visitekaartje – en kan gemakkelijk in talloze situaties worden gebruikt. Een breed scala aan elektronische apparaten, waaronder de miljarden die nodig zijn voor het internet der dingen, heeft het potentieel om sensoren te hebben – het groeiende wereldwijde netwerk van objecten die zijn ingebed met sensoren en software die verbinding maken en gegevens uitwisselen met andere apparaten.
Dr. Diane Ban, een onderzoeker aan het Waterloo Institute for Nanotechnology, zei dat in de toekomst de trillingen van een vliegtuig zijn gevoelige bewakingssysteem zouden kunnen aandrijven, of de hartslag van een persoon zou hun batterijloze pacemaker kunnen aandrijven.
“Ons nieuwe materiaal vertoonde recordbrekende prestaties”, zegt Ban, een professor in elektrische en computertechniek. “Het vertegenwoordigt een nieuwe weg op dit gebied.
(Alleen de kop en afbeelding van dit rapport zijn mogelijk herwerkt door medewerkers van Business Standards; de rest van de inhoud wordt automatisch gegenereerd vanuit een gesyndiceerde feed.)