Батарейки больше не нужны: как графеновые солнечные панели питают гаджеты десятилетиями
Американские ученые успешно протестировали первые солнечные элементы на основе графена для питания температурных датчиков со сверхнизким энергопотреблением. Полностью автономные сенсоры способны работать годами без замены батарей.
Главная цель исследования — создание мультимодальных систем, которые могут черпать энергию из различных источников окружающей среды: света, тепла, вибраций и даже радиоволн. Это критически важно для развития "Интернета вещей" (IoT), где миллиарды умных гаджетов должны функционировать автономно, пишет EurekAlert.
Как это работает
Успех эксперимента зависел от решения двух сложных задач: снижения потребления энергии сенсором до нановатт (миллиардных долей ватта) и обеспечения его питания от окружающей среды. Команда из Арканзасского университета разработала графеновые солнечные ячейки, а инженеры из Мичиганского университета создали сенсор с экстремально низким потреблением.
Ученые соединили несколько графеновых солнечных ячеек последовательно для повышения напряжения и использовали три конденсатора для накопления энергии. Ключевое достижение — отказ от традиционной микросхемы управления питанием и аккумулятора. Это позволило еще больше снизить потребление энергии и увеличить срок службы системы. Ведь конденсаторы, в отличие от батарей, не деградируют со временем.
Согласно результатам, конденсаторы заряжаются всего за несколько минут на свету, но могут питать сенсор в течение более 24 часов без подзарядки.
Где это будет применяться
Технология подходит для сценариев, где замена батареек в датчиках слишком дорога или физически невозможна.
- Сельское хозяйство: Мониторинг климата на полях и отслеживание скота.
- Умный дом: Системы сигнализации и датчики протечек, которые не нужно обслуживать.
- Промышленность: Предиктивное обслуживание оборудования (датчики вибрации и температуры).
- Медицина: Носимые фитнес-трекеры и медицинские импланты.
Следующим шагом станет создание кинетического харвестера, который будет извлекать энергию из естественных вибраций графена. Объединив его с солнечным элементом, исследователи планируют создать универсальный источник питания, работающий в любых условиях.
Лицензией на коммерциализацию технологии владеет компания NTS Innovations. Интерес к тестированию новых графеновых харвестеров уже выразили более 60 компаний.
Ранее сообщалось, что в Китае придумали, чем заменить обычные солнечные панели. Исследователи из Института полупроводников Китайской академии наук разработали технологию, которая побила мировой рекорд эффективности и повысила долговечность солнечных элементов, но не из кремния, а совсем из другого материала.