Thu hoạch năng lượng từ không khí: Ăng-ten dựa trên bề mặt biến sóng vô tuyến xung quanh thành năng lượng điện

Công nghệ có thể làm cho nó có thể sử dụng phát xạ vô tuyến từ mạng điện thoại di động để cảm biến năng lượng không dây và đèn LED.

Các nhà nghiên cứu đã phát triển một ăng-ten dựa trên siêu bề mặt mới, đại diện cho một bước quan trọng trong việc biến nó thành thực tế để thu năng lượng từ sóng vô tuyến, chẳng hạn như ăng-ten được sử dụng trong mạng điện thoại di động hoặc kết nối Bluetooth. Công nghệ này có khả năng cung cấp năng lượng không dây cho các cảm biến, đèn LED và các thiết bị đơn giản khác với yêu cầu năng lượng thấp.

Trưởng nhóm nghiên cứu Jiangfeng Zhou từ Đại học Nam Florida cho biết: “Bằng cách loại bỏ kết nối có dây và pin, những ăng-ten này có thể giúp giảm chi phí, cải thiện độ tin cậy và làm cho một số hệ thống điện hoạt động hiệu quả hơn”. “Điều này sẽ hữu ích để cấp nguồn cho các cảm biến nhà thông minh, chẳng hạn như các cảm biến được sử dụng cho nhiệt độ, ánh sáng và chuyển động hoặc các cảm biến được sử dụng để giám sát cấu trúc của các tòa nhà hoặc cầu, nơi việc thay thế pin có thể khó hoặc không thể.”

Trên tạp chí Optical Materials Express , các nhà nghiên cứu báo cáo rằng các cuộc thử nghiệm trong phòng thí nghiệm đối với ăng-ten mới của họ cho thấy nó có thể thu được 100 microwatts điện, đủ để cung cấp năng lượng cho các thiết bị đơn giản, từ sóng vô tuyến công suất thấp. Điều này có thể xảy ra vì siêu vật liệu được sử dụng để làm ăng-ten thể hiện sự hấp thụ hoàn hảo của sóng vô tuyến và được thiết kế để hoạt động với cường độ thấp.

Clayton Fowler, thành viên nhóm chế tạo mẫu và thực hiện cho biết: “Mặc dù cần nhiều công việc hơn để thu nhỏ ăng-ten, thiết bị của chúng tôi đã vượt qua ngưỡng chính là 100 microwatts công suất thu hoạch với hiệu suất cao bằng cách sử dụng mức công suất xung quanh trong thế giới thực” sự đo, sự đo lường. “Công nghệ này cũng có thể được điều chỉnh để có thể cung cấp nguồn sóng vô tuyến để cấp điện hoặc sạc các thiết bị xung quanh phòng.”

Thu hoạch năng lượng từ không khí

Các nhà khoa học đã cố gắng thu năng lượng từ sóng vô tuyến từ khá lâu, nhưng rất khó thu được đủ năng lượng để có ích. Điều này đang thay đổi nhờ sự phát triển của siêu vật liệu và số lượng ngày càng tăng của các nguồn năng lượng tần số vô tuyến xung quanh, chẳng hạn như mạng điện thoại di động, tín hiệu Wi-Fi, GPS và Bluetooth.

Zhou cho biết: “Với sự bùng nổ mạnh mẽ của các công nghệ dựa trên sóng vô tuyến, sẽ có rất nhiều chất thải điện từ phát thải có thể được thu gom. “Điều này, kết hợp với những tiến bộ trong siêu vật liệu, đã tạo ra một môi trường chín muồi cho các thiết bị và ứng dụng mới có thể hưởng lợi từ việc thu thập năng lượng thải này và đưa nó vào sử dụng.”

Siêu vật liệu sử dụng các cấu trúc nhỏ, được thiết kế cẩn thận để tương tác với ánh sáng và sóng vô tuyến theo những cách mà vật liệu tự nhiên không làm được. Để chế tạo ăng-ten thu năng lượng, các nhà nghiên cứu đã sử dụng một siêu vật liệu được thiết kế để hấp thụ sóng vô tuyến cao và cho phép một điện áp cao hơn chạy qua diode của thiết bị. Điều này đã cải thiện hiệu quả của nó trong việc biến sóng vô tuyến thành điện năng, đặc biệt là ở cường độ thấp.

Kiểm tra với mức công suất xung quanh

Đối với các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm đối với thiết bị đo được 16 cm x 16 cm, các nhà nghiên cứu đã đo lượng điện năng thu được trong khi thay đổi công suất và tần số của nguồn vô tuyến trong khoảng 0,7 đến 2,0 GHz. Họ đã chứng minh khả năng thu được 100 microwatts năng lượng từ sóng vô tuyến với cường độ chỉ 0,4 microwatts trên cm bình phương, xấp xỉ mức cường độ của sóng vô tuyến cách tháp điện thoại di động 100 mét.

Zhou cho biết: “Chúng tôi cũng đặt điện thoại di động rất gần ăng-ten trong khi gọi điện và nó thu đủ năng lượng để cung cấp năng lượng cho đèn LED trong cuộc gọi. “Mặc dù sẽ thực tế hơn nếu thu năng lượng từ các tháp điện thoại di động, nhưng điều này đã chứng tỏ khả năng thu năng lượng của ăng-ten.”

Vì phiên bản hiện tại của ăng-ten lớn hơn nhiều so với hầu hết các thiết bị mà nó có thể cung cấp năng lượng, các nhà nghiên cứu đang làm việc để làm cho nó nhỏ hơn. Họ cũng muốn tạo ra một phiên bản có thể thu thập năng lượng từ nhiều loại sóng vô tuyến đồng thời để có thể thu thập nhiều năng lượng hơn.

Tham khảo: “Thu hoạch năng lượng RF xung quanh hiệu quả cao bằng một bộ hấp thụ hoàn hảo siêu vật liệu” của Clayton Fowler, Sinhara Silva, Grija Thapa và Jiangfeng Zhou, 28 tháng 2 năm 2022, Optical Materials Express .
DOI: 10.1364 / OME.449494

Theo Scitechdaily