Energie ist ständig um Menschen in ihren vielen Formen - im Sonnenlicht, in der Wärme in einem Raum und sogar in den Bewegungen der Menschen selbst. All diese Energie wird normalerweise einfach für die menschliche Zivilisation „verschwendet“, kann aber möglicherweise zur Stromversorgung mobiler und tragbarer Geräte verwendet werden - von biometrischen Sensoren bis hin zu intelligenten Uhren. Forscher der Universität von Oulu (Finnland) haben ein Mineral mit einer Perowskit-Kristallstruktur gefunden, dessen Eigenschaften es ermöglichen, gleichzeitig Energie aus vielen verschiedenen Quellen zu extrahieren.
Perowskite sind eine Familie von Mineralien, von denen sich viele als vielversprechend erwiesen haben, da sie gleichzeitig eine oder zwei Arten von Energie extrahieren können. Eines der Mitglieder dieser Familie kann beispielsweise gut sein, um Sonnenenergie in Elektrizität umzuwandeln. Der andere ist besser darin, Energie aus den Änderungen von Temperatur und Druck zu extrahieren, die während der Bewegung auftreten können. Sie werden als pyroelektrische bzw. piezoelektrische Materialien bezeichnet.
Manchmal reicht natürlich eine Art von Energie als Quelle nicht aus. Eine bestimmte Energieform ist möglicherweise nicht immer verfügbar - bei bewölktem Wetter oder wenn sich eine Person nicht bewegt. Daher haben Forscher Geräte entwickelt, die mehrere Energieformen extrahieren können. Diese Geräte erfordern jedoch unterschiedliche Materialien, die sie für die Verwendung in kompakten Geräten zu sperrig machen.
Die Applied Physics Letters haben die Ergebnisse einer Studie von Yang Bai und Kollegen an der Universität von Oulu veröffentlicht. Forscher haben einen bestimmten Perowskit-Typ namens KBNNO untersucht, der wahrscheinlich verschiedene Energieformen extrahieren kann. Wie alle Perowskite ist KBNNO ein ferroelektrisches Material, das mit winzigen elektrischen Dipolen gefüllt ist, wie die kleinen Kompasspfeile in einem Magneten.
Wenn ein KBNNO-ähnliches ferroelektrisches Material Temperaturänderungen unterliegt, werden seine Dipole verschoben und somit ein elektrischer Strom induziert. Die elektrische Ladung wird auch entsprechend der Richtung des Dipolmoments akkumuliert. Die Verformung des Materials führt dazu, dass bestimmte Fragmente davon eine Ladung anziehen oder abstoßen, was wiederum zur Stromerzeugung führt.
Forscher haben zuvor die photovoltaischen und allgemeinen ferroelektrischen Eigenschaften von KBNNO untersucht, aber diese Studie wurde bei 200 Grad unter dem Gefrierpunkt durchgeführt und sie konzentrierten sich nicht auf die Temperatur- und Druckeigenschaften des Materials. In der neuen Studie stellt Yang Bai erstmals fest, dass alle diese Eigenschaften des Materials, die bei Raumtemperatur auftreten, bewertet wurden.
Experimente haben gezeigt, dass KBNNO zwar gut zur Erzeugung von Energie aus Wärme und Druck geeignet ist, jedoch nicht so gut wie andere Perowskite. Die vielleicht beeindruckendste Entdeckung der Forscher war die Fähigkeit, die KBNNO-Zusammensetzung zu modifizieren, um ihre pyroelektrischen und piezoelektrischen Eigenschaften zu verbessern. Somit ist es möglich, alle diese Eigenschaften "anzupassen" und sie so effizient wie möglich zu nutzen. Der junge Bai und seine Kollegen untersuchen die Möglichkeit, KBNNO mit Natrium zu verbessern.
Yang Bai sagte auch, dass er hofft, im nächsten Jahr einen Prototyp eines Geräts zu entwickeln, das Energie aus verschiedenen Quellen gewinnt. Der Herstellungsprozess ist einfach, sodass die Technologie innerhalb weniger Jahre kommerzialisiert werden kann, nachdem die Forscher das beste Material identifiziert haben.
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Laut Yang Bai kann diese Technologie zu einer beschleunigten Entwicklung in den Bereichen Internet der Dinge und Smart Cities führen, in denen energieverbrauchende Sensoren und Geräte ständigen Zugang zu Energie haben können.
Ein solches Material wird wahrscheinlich in Gerätebatterien verwendet, um deren Energieeffizienz zu erhöhen und den Bedarf an häufigen Ladevorgängen zu verringern. Eines Tages ergänzt Yang Bai seine Erzählung, der Benutzer muss sein Gerät niemals mehr aufladen. Batterien von Kompaktgeräten im modernen Sinne können in der Regel in der Vergangenheit bleiben.
Die Tatsache, dass ein theoretischer Weg gefunden wurde, um auf Batterien in Geräten zu verzichten, bedeutet jedoch nicht, dass Produkte, die diese Technologie verwenden, bald erscheinen werden oder dass die Technologie jemals implementiert wird.
Wird es jemals tragbare Geräte und sogar Smartphones ohne Batterien geben, die für die Energie im Raum ausreichen, aber verloren gehen, weil es keine effektive Methode gibt, sie zu extrahieren?
Basierend auf Materialien von sciencedaily.com
OLEG DOVBNYA
