Źródła energii następnej generacji torują drogę autonomicznym urządzeniom
W ostatnich latach opracowano różne techniki pozyskiwania energii, które mają pozwolić na przezwyciężenie wad baterii pod względem kosztów i bezpieczeństwa chemicznego. Systemy pozyskiwania energii przekształcają różne formy energii w elektryczność, zapewniając autonomiczność urządzeń, ale z kilku powodów nie zastąpiły jeszcze baterii. „Pojawia się ważne i pilne pytanie: jak wykorzystać ogromny potencjał technologii pozyskiwania energii”, mówi Yang Bai z NextGEnergy, stypendysta programu Marie Skłodowska-Curie. Finansowany ze środków UE projekt NextGEnergy powstał w celu zbadania, czy jeden materiał mógłby pozyskiwać energię z wielu źródeł. „Szukaliśmy materiału, który będzie potrafił jednocześnie przetwarzać światło, ciepło i energię kinetyczną w energię elektryczną”, mówi Bai. Po odkryciu materiału zdolnego do pozyskiwania wszystkich trzech rodzajów energii badacze wykorzystują go tam, gdzie urządzenia muszą być małe i przenośne. Cudowny materiał zastępujący baterie Naukowcy zaczęli od przyjrzenia się składowi chemicznemu ich materiału, zwanego KNBNNO, w celu określenia jego podstawowych właściwości elektrycznych. Skupili się na modyfikacji konwencjonalnych materiałów ferroelektrycznych, które są stosowane w czujnikach i siłownikach. Uczeni przeprowadzili eksperymenty mające na celu zmniejszenie pasma wzbronionego materiału, które musi być małe, aby mógł on pochłaniać światło słoneczne. Na początku projektu zespół stanął przed pewnymi wyzwaniami technicznymi, ponieważ nikt wcześniej nie próbował opracować takiego materiału. Uczeni próbowali połączyć półprzewodniki z wąskim pasmem wzbronionym z mocnymi ferroelektrykami, aby uzyskać cudowny materiał, którego szukali. Zespół dążył do „osiągnięcia wielofunkcyjnego, a tym samym wieloźródłowego pozyskiwania energii na tym samym materiale”, mówi Bai. Błąd staje się szczęśliwym trafem Badacze poświęcili pierwszy kwartał na modyfikację składu chemicznego materiału, aby zaczął działać, i stwierdzili, że ich metoda zawiodła. „Założyliśmy, że to właśnie dlatego wcześniejsze próby kończyły się niepowodzeniem”, mówi Bai. „W tamtym momencie nie mieliśmy doświadczenia ani punktu odniesienia do naszych badań”. Po zmniejszeniu stężenia domieszek do wystarczająco niskiego poziomu naukowcy odkryli, że mogą wykorzystać swój materiał jako ogniwo słoneczne, a także w innych zastosowaniach w zakresie pozyskiwania energii. „Cały projekt z dnia na dzień zmienił się z nieustannej walki z przeciwnościami w przełomowy sukces naukowy”. Naukowcy początkowo zaprojektowali nowy materiał pod kątem pozyskiwania różnych rodzajów energii, ale odkryli potencjał dla innych zastosowań. Ustalili, że nowy materiał może być również stosowany w optoelektrycznych i opto-ferroelektrycznych urządzeniach nowej generacji. Wprowadzić nowy materiał na rynek Naukowcy liczą, że wyniki ich prac znajdą zastosowanie zarówno w przemyśle, jak i badaniach naukowych. Planują zintegrować je z istniejącą wiedzą w celu jak najszybszej komercjalizacji materiałów i ich właściwości w zakresie pozyskiwania energii. Aktualny rozwój technologii zmierza w kierunku bateryjnego zasilania urządzeń, ale zespół podkreśla zrównoważoność nowego materiału, odróżniającą go od baterii. „Gdy możliwe jest wygodne ładowanie, akumulator jest niewątpliwie korzystniejszym rozwiązaniem dla ludzi, które pozwoli przezwyciężyć im problem magazynowania energii i zapewni źródło zasilania”, mówi lider zespołu badawczego Jari Juuti. „Jednak co roku wyrzuca się miliardy baterii, co stanowi zagrożenie dla środowiska ze względu na zawarte w nich substancje chemiczne”. Będzie to miało coraz większe znaczenie w miarę rozwoju Internetu przedmiotów z obecnych miliardów do bilionów urządzeń zasilanych bateryjnie.
Słowa kluczowe
NextGEnergy, ferroelektryczny, Internet przedmiotów, optoelektryczny, ogniwo słoneczne, energia kinetyczna, fotoferroelektryczny, piezoelektryczny
