Energie is constant rond mensen in zijn vele vormen - in zonlicht, warmte in een kamer en zelfs de bewegingen van de mensen zelf. Al deze energie wordt gewoonlijk gewoon "verspild" voor de menselijke beschaving, maar het kan mogelijk worden gebruikt om mobiele en draagbare gadgets van stroom te voorzien - van biometrische sensoren tot slimme horloges. Onderzoekers van de Universiteit van Oulu (Finland) hebben een mineraal gevonden met een perovskietkristalstructuur, waarvan de eigenschappen het mogelijk maken om tegelijkertijd energie uit veel verschillende bronnen te halen.
Perovskieten zijn een familie van mineralen, waarvan er vele veelbelovend zijn gebleken vanwege hun vermogen om tegelijkertijd een of twee soorten energie te extraheren. Een van de leden van deze familie kan bijvoorbeeld goed zijn om zonne-energie om te zetten in elektriciteit. De andere is beter in het onttrekken van energie aan de veranderingen in temperatuur en druk die tijdens beweging kunnen optreden. Ze worden respectievelijk pyro-elektrische en piëzo-elektrische materialen genoemd.
Soms is één type energie natuurlijk niet voldoende als bron. Een bepaalde vorm van energie is misschien niet altijd beschikbaar - bij bewolkt weer of wanneer een persoon niet beweegt. Daarom hebben onderzoekers apparaten ontwikkeld die meerdere vormen van energie kunnen extraheren. Maar deze apparaten hebben verschillende materialen nodig, waardoor ze te omvangrijk zijn voor gebruik in compacte apparaten.
The Applied Physics Letters heeft de resultaten gepubliceerd van een onderzoek van Yang Bai en collega's van de University of Oulu. Onderzoekers hebben een specifiek type perovskiet bestudeerd, genaamd KBNNO, dat waarschijnlijk in staat is om verschillende vormen van energie te extraheren. Zoals alle perovskieten is KBNNO een ferro-elektrisch materiaal gevuld met kleine elektrische dipolen, zoals de kleine kompaspijlen in een magneet.
Wanneer een KBNNO-achtig ferro-elektrisch materiaal temperatuurveranderingen ondergaat, worden zijn dipolen verplaatst en wordt er dus een elektrische stroom opgewekt. Elektrische lading wordt ook geaccumuleerd volgens de richting van het dipoolmoment. De vervorming van het materiaal leidt ertoe dat bepaalde fragmenten ervan een lading aantrekken of afstoten, wat weer leidt tot het opwekken van stroom.
Onderzoekers hebben eerder de fotovoltaïsche en algemene ferro-elektrische eigenschappen van KBNNO bestudeerd, maar deze studie werd uitgevoerd bij 200 graden onder het vriespunt en ze waren niet gericht op de temperatuur- en drukeigenschappen van het materiaal. In de nieuwe studie merkt Yang Bai voor het eerst op dat al deze eigenschappen van het materiaal, die bij kamertemperatuur verschijnen, werden geëvalueerd.
Experimenten hebben aangetoond dat KBNNO goed is voor het opwekken van energie uit warmte en druk, maar niet zo goed is als andere perovskieten. Misschien wel de meest indrukwekkende ontdekking van de onderzoekers was het vermogen om de KBNNO-samenstelling aan te passen om de pyro-elektrische en piëzo-elektrische eigenschappen te verbeteren. Het is dus mogelijk om al deze eigenschappen "aan te passen" en ze zo efficiënt mogelijk te gebruiken. Young Bai en zijn collega's onderzoeken de mogelijkheid om KBNNO te verbeteren met natrium.
Yang Bai zei ook dat hij hoopt volgend jaar een prototype van een apparaat te maken dat energie uit verschillende bronnen haalt. Het fabricageproces is eenvoudig, dus de technologie kan binnen een paar jaar worden gecommercialiseerd nadat onderzoekers het beste materiaal hebben geïdentificeerd.
Promotie video:
Volgens Yang Bai kan deze technologie leiden tot versnelde ontwikkeling op het gebied van het internet der dingen en slimme steden, waar energieverbruikende sensoren en apparaten constant toegang hebben tot energie.
Dergelijk materiaal zal waarschijnlijk worden gebruikt in batterijen van apparaten, waardoor hun energie-efficiëntie toeneemt en de noodzaak van frequente ladingen afneemt. Op een dag vult Yang Bai zijn verhaal aan, de gebruiker hoeft zijn gadget helemaal nooit aan te zetten. Batterijen van compacte apparaten in de moderne zin kunnen doorgaans tot het verleden behoren.
Maar het feit dat er een theoretische manier is gevonden om batterijen in gadgets af te schaffen, betekent niet dat producten die deze technologie gebruiken binnenkort zullen verschijnen, of dat de technologie ooit zal worden geïmplementeerd.
Zullen er ooit draagbare apparaten en zelfs smartphones zonder batterijen zijn, die voldoende zijn voor de energie die in de ruimte aanwezig is, maar verloren gaat, omdat er geen effectieve methode is om die eruit te halen?
Gebaseerd op materialen van sciencedaily.com
OLEG DOVBNYA
