Команда Массачусетского технологического института разработала устройство, термальный резонатор, способный по-новому преобразовывать температурные колебания в электричество. Вместо потребности в одновременном поступлении двух разных импульсов, система использует цикличные суточные изменения.
Аппарат может обеспечить многолетнюю работу дистанционных систем измерений без потребности в других источниках энергии или аккумуляторах. Выводы исследования представлены в Nature Communications.
«Мы фактически разработали концепцию из ничего, — сказал профессор Майкл Страно, один из авторов. – Мы создали первый термический резонатор. Он может использовать в качестве источника энергии температурные колебания на разных частотах, постоянно окружающие человека».
Пока прибор выдает небольшую мощность. Но преимущество резонатора состоит в отсутствии потребности в прямом солнечном свете. Он генерирует энергию от изменений температуры воздуха даже в тени. То есть, на устройство не влияют кратковременные колебания в облачности, скорости ветра и других окружающих условиях. Его можно расположить где угодно, даже под солнечной батареей, потенциально повышая ее эффективность за счет отвода вторичного тепла.
Авторы отметили, что резонатор по мощности на единицу площади более чем в 3 раза превзошел аналогичный по размеру коммерческий пироэлектрический материал – традиционный способ преобразования температурных колебаний в электричество.
Для работы с суточными тепловыми циклами была тщательно подобрана комбинация материалов. Основанием стала металлическая пена из меди и никеля, покрытая слоем графена для повышения термопроводности. Его обработали разновидностью воска, октадеканом. Материал переходит из твердого состояния в жидкое в определенном температурном диапазоне, подобранном для этой системы.
Образец для проверки концепции, в ответ на разницу температур в 10°С между днем и ночью, выдавал 350 мВ и 1,3 мВт энергии – достаточно для питания простых, компактных экологических датчиков или коммуникационных систем.
«Материал с фазовым переходом хранит тепло, — сказал ведущий автор, аспирант Антон Коттрилл. – А графен обеспечивает быструю проводимость, когда его нужно использовать для получения тока».
Сочетание компонентов дает прибору рекордную тепловую инерцию. Хотя он тестировался с суточными температурными циклами, модификации позволят использовать и другие колебания, как при включении и выключении компрессора холодильника.