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手腕上的热泵:芯片将热量转化为电能,用于物联网和传感器

如果温度发生变化,就会产生电能:就像热泵一样,只不过是反过来而已。
如果温度发生变化,就会产生电能:就像热泵一样,只不过是反过来而已。
接触式传感器、温度传感器或用于天气测量和自动化的微型设备正在迅速普及。供电需要电缆或电池,而新型能源电池可以改变这种状况。
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尤其是家用小型传感器,即使是钮扣电池有时也能用上一年。不过,它们仍然需要更换。这适用于许多智能设备,它们都依赖于电源。

要么铺设电缆,要么依靠电池或充电电池,有时还与太阳能电池结合使用。这需要付出巨大的努力,而经济可行性在很大程度上也值得怀疑。

犹他大学的一个研究小组就是在这种情况下应运而生的。即使没有阳光,没有电缆,不更换电池,也能保证永久供电。

而在 "热释电化学电池"(PEC)中,电源来自环境温度。更准确地说,是来自温度的波动。含有钛和钡的纳米粒子被嵌入多孔合成织物中。

此外,还有电池的传统组件。当温度升高或降低时,系统的电气特性会发生变化,从而通过电势变化产生电压。电容器或传统的可充电电池可借此储存电力,进而为智能设备供电。

实验室开发的 PEC 可以通过加热或冷却一平方厘米的面积汲取 100 微焦耳的电量。换算一下,相当于 0.001 瓦时。

换句话说:举例来说,Zigbee 接触式传感器中的大型圆形纽扣电池可以工作六个月到一年,而这种能源电池(当然仍处于实验阶段)已经可以使用。它大小合适,能提供足够的电力。经典手表或室外温度传感器也是其他例子。

正如热泵或冰箱利用电能和技术工作来提取和传递热量一样,PEC 利用不断变化的环境温度发电。不过,这是一个纯粹的电化学过程,而不是机械过程,因此它不是热泵,而是热电池。

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Mario Petzold, 2024-04-22 (Update: 2024-04-22)