Con il progredire della tecnologia IoT, la questione di come alimentare questi dispositivi, in particolare in luoghi dove le fonti elettriche affidabili sono scarse, rappresenta una sfida significativa.
I ricercatori del College of Engineering dell'Università dello Utah hanno sperimentato una nuova forma di batteria che potrebbe contribuire a risolvere questo dilemma. La soluzione, che è in fase di proof of concept, si presenta sotto forma di cella piroelettrochimica (PEC).
Sviluppato dai professori associati di ingegneria meccanica Roseanne Warren e Shad Roundy, il dispositivo integrato raccoglie l'energia termica ambientale e la converte in energia elettrochimica immagazzinata. In questo modo si crea un supercondensatore o una batteria, che potrebbe essere ideale per applicazioni IoT e sensori.
Bassi livelli di energia
Il dispositivo funziona caricandosi con le variazioni della temperatura circostante, sia che si trovi all'interno di un veicolo, di un aereo o anche sotto il terreno in un ambiente agricolo.
"Stiamo parlando di livelli molto bassi di raccolta di energia", ha detto Warren, "ma il vantaggio principale è la possibilità di avere sensori che possono essere distribuiti e non devono essere ricaricati sul campo. Abbiamo esplorato la fisica di base e abbiamo scoperto che può generare una carica con un aumento o una diminuzione della temperatura".
Se da un lato le celle solari possono rappresentare una fonte di alimentazione alternativa per i dispositivi IoT, dall'altro la praticità presenta spesso dei problemi. "In molti ambienti si incontrano due problemi", ha detto Roundy. "Uno è che si sporcano con il tempo. Le celle solari devono essere mantenute pulite. Quindi, in questo tipo di applicazioni, si sporcano e la loro potenza si degrada. E poi ci sono molte applicazioni in cui la luce del sole non è disponibile. Ad esempio, lavoriamo su sensori per il suolo che mettiamo sotto la superficie del terreno. Non c'è luce solare".
Utilizzando un materiale composito piroelettrico fatto di fluoruro di polivinilidene (PVDF) poroso e nanoparticelle di titanato di bario come separatore in una cella elettrochimica, le proprietà elettriche del dispositivo cambiano quando viene riscaldato o raffreddato. Questa azione modifica la polarizzazione del separatore piroelettrico. Questo spostamento di temperatura crea a sua volta un campo elettrico all'interno della cella, spostando gli ioni e consentendo alla cella di immagazzinare energia.
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Nonostante la produzione di soli 100 microjoule per centimetro quadrato da un singolo ciclo di riscaldamento/raffreddamento, potrebbe essere sufficiente per le esigenze di alcune applicazioni IoT.
Lo studio, finanziato dalla National Science Foundation, è l'articolo di copertina dell'edizione del 21 marzo della rivista Energy & Environmental Science, pubblicato dalla Royal Society of Chemistry.
Wayne Williams is a freelancer writing news for TechRadar Pro. He has been writing about computers, technology, and the web for 30 years. In that time he wrote for most of the UK's PC magazines, and launched, edited and published a number of them too.
- Marco SilvestriSenior Editor