loading
please wait

Więcej mocy z termoelektryki – praca impulsowa

5 lutego 2020
Elitarne czasopismo Nano Energy (IF: 15.46; 200pkt. MNiSW) publikuje wyniki naszych pracowników dr inż. Macieja Harasa oraz prof. dr hab. inż. Tomasza Skotnickiego w artykule:  „Praca impulsowa – nowy wzmacniacz generatora termoelektrycznego 2.7-krotnie zwiększający moc wyjściową – do lepszej odpowiedzi na zapotrzebowanie internetu rzeczy (IoT).”

M. Haras, M. Markiewicz, S. Monfray, and T. Skotnicki, “Pulse mode of operation – A new booster of TEG, improving power up to X2.7 – to better fit IoT requirements”, Nano Energy, p. 104204, Oct. 2019, doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.nanoen.2019.104204.

Internet Rzeczy (IoT) w dużym stopniu kształtuje i napędza obecny rynek półprzewodnikowy, na każdego człowieka przypada obecnie ~7 węzłów IoT, a ich liczba stale rośnie z bezprecedensową prędkością.
Tym bardziej zaskakujące jest, że rynek IoT mógłby rozwijać się jeszcze szybciej, jednak brak atrakcyjnych alternatyw dla zasilania przewodowego lub bateryjnego nastręcza wielu trudności m.in.:
– zapewnienie rzetelnego serwisowania (cykliczna wymiana/sprawdzanie baterii);
– zmiany usytuowania węzłów IoT;
– produkcja odpadów w postaci zużytych baterii.
Zbieracze energii (EH) (ang. Energy Harvesters) byłyby wielką ulgą dla IoT i nie tylko, umożliwiając dalszą ekspansję na rynku, jednocześnie oferując:
– węzły autonomiczne energetycznie;
– łatwą modyfikację sieci i systemów IoT;
– zasilanie ze źródeł odnawialnych.
Miedzy wieloma metodami EH termoelektryka jest intuicyjnym kandydatem do współpracy z węzłami IoT dzięki:
– wszechobecności strat ciepła;
– cichej, bezwibracyjnej, niezawodnej i jednostopniowej przemiany;
– łatwego do adaptacji wyjściowego napięcia DC etc. etc.
Problemem współczesnej termoelektryki jest fakt, że wymaga materiałów świetnie przewodzących prąd jednocześnie izolując transport ciepła, prowadząc do związków: (i) drogich; (ii) niekompatybilnych przemysłowo; (iii) toksycznych; (iv) szkodliwych. Ponadto sprawność generatorów termoelektrycznych (TEG) jest nieatrakcyjnie niska powodując ograniczenie ich zastosowań do niszowych aplikacji.
W tym świetle poprawa osiągów TEG ma charakter strategiczny dla zapewnienia dalszego wzrostu rynku IoT. W opublikowanej pracy zaprezentowany został sposób zwiększenia mocy wyjściowego generatora poprzez jego cykliczne rozłączanie/łączenie ze źródłem ciepła. Metoda ta prowadzi do znacznego wzrostu efektywnej różnicy temperatur na TEG, a to finalnie przekłada się na zwiększenie produkowanej energii. W publikacji zmierzona została energia blisko 3-ktornie większa porównując z konwencjonalną pracą w tych samych warunkach termicznych. Dzięki temu termoelektryka może stać się popularnym źródłem zasilania węzłów IoT zapewniając więcej mocy z mniejszej objętości, a więc ułatwiając monolityczną integrację jednocześnie zużywając mniej materiału termoelektrycznego.
Artykuł dostępny jako Open Access pod adresem: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285519309115#