Energi finns ständigt runt människor i dess många former - i solljus, värme i ett rum och till och med människors rörelser. All denna energi är vanligtvis bara "slösas bort" för mänsklig civilisation, men den kan potentiellt användas för att driva mobila och bärbara prylar - från biometriska sensorer till smarta klockor. Forskare från Uleåborgs universitet (Finland) har hittat ett mineral med en perovskitkristallstruktur, vars egenskaper gör det möjligt att utvinna energi från många olika källor samtidigt.
Perovskiter är en familj av mineraler, av vilka många har visat sig vara lovande på grund av deras förmåga att samtidigt utvinna en eller två typer av energi. En av medlemmarna i denna familj kan till exempel vara bra för att konvertera solenergi till el. Den andra är bättre på att utvinna energi från de förändringar i temperatur och tryck som kan uppstå under rörelse. De kallas pyroelektriska respektive piezoelektriska material.
Ibland räcker det naturligtvis inte med en typ av energi som källa. En viss form av energi kanske inte alltid finns - i molnigt väder eller när en person inte rör sig. Därför har forskare utvecklat enheter som kan utvinna flera energiformer. Men dessa enheter kräver olika material som gör dem för skrymmande för användning i kompakta enheter.
The Applied Physics Letters har publicerat resultaten från en studie av Yang Bai och kollegor vid Uleåborgs universitet. Forskare har studerat en specifik typ av perovskite som kallas KBNNO, som troligen kan utvinna olika former av energi. Liksom alla perovskiter är KBNNO ett ferroelektriskt material fylt med små elektriska dipoler, som de små kompasspilarna i en magnet.
När ett KBNNO-liknande ferroelektriskt material genomgår temperaturförändringar förflyttas dess dipoler och därmed induceras en elektrisk ström. Elektrisk laddning ackumuleras också enligt riktningen för dipolmomentet. Materialets deformation leder till att vissa fragment av det lockar till eller avvisar en laddning, vilket igen leder till strömgenerering.
Forskare har tidigare studerat de fotovoltaiska och allmänna ferroelektriska egenskaperna hos KBNNO, men denna studie genomfördes 200 grader under frysning och de fokuserade inte på materialets temperatur- och tryckegenskaper. I den nya studien noterar Yang Bai för första gången alla dessa egenskaper hos materialet, som förekommer vid rumstemperatur, utvärderades.
Experiment har visat att även om KBNNO är bra för att generera energi från värme och tryck är den inte lika bra som andra perovskiter. Kanske den mest imponerande upptäckten av forskarna var förmågan att modifiera KBNNO-kompositionen för att förbättra dess pyroelektriska och piezoelektriska egenskaper. Således är det möjligt att "anpassa" alla dessa egenskaper och använda dem så effektivt som möjligt. Unga Bai och hans kollegor undersöker möjligheten att förbättra KBNNO med användning av natrium.
Yang Bai sa också att han hoppas kunna skapa en prototypenhet som hämtar energi från olika källor nästa år. Tillverkningsprocessen är enkel, så tekniken kan kommersialiseras inom några år efter att forskare har identifierat det bästa materialet.
Kampanjvideo:
Enligt Yang Bai kan denna teknik leda till en snabbare utveckling inom områdena Internet of Things och smarta städer, där energikrävande sensorer och enheter kan ha konstant tillgång till energi.
Sådant material kommer sannolikt att användas i enhetsbatterier, vilket ökar deras energieffektivitet och minskar behovet av frekvent laddning. En dag kompletterar Yang Bai sin berättelse, användaren kommer aldrig att behöva sätta sin gadget alls. Batterier av kompakta enheter i modern bemärkelse kan generellt förbli i det förflutna.
Men det faktum att ett teoretiskt sätt har visat sig göra utan batterier i prylar betyder inte heller att produkter som använder denna teknik kommer att dyka upp snart, eller att tekniken någonsin kommer att implementeras.
Kommer det någonsin att finnas bärbara enheter och till och med smartphones utan batterier, som är tillräckligt för den energi som finns i utrymmet runt, men som går förlorad, eftersom det inte finns någon effektiv metod för att utvinna den?
Baserat på material från sciencedaily.com
OLEG DOVBNYA
