Warmtepomp op de pols: chip zet warmte om in elektriciteit voor IoT en sensoren

Vooral bij kleine sensoren voor huishoudelijk gebruik gaat een knoopcel soms wel een jaar mee. Toch moeten ze op een gegeven moment vervangen worden. Dit geldt voor veel slimme apparaten, die allemaal afhankelijk zijn van een stroombron.

U moet kabels leggen of vertrouwen op batterijen of oplaadbare batterijen, soms gecombineerd met zonnecellen. Het kost veel moeite en de economische haalbaarheid is zeer twijfelachtig.

Dit is waar een team onderzoekers van de Universiteit van Utah om de hoek komt kijken. Zelfs zonder zonlicht, zonder kabels en zonder batterijen te vervangen, zou een permanente stroomvoorziening gegarandeerd moeten zijn.

En in de "pyro-elektrochemische cel" (PEC) wordt deze geleverd door de omgevingstemperatuur. Om precies te zijn uit de schommeling ervan. Nanodeeltjes met titanium en barium zijn ingebed in een poreus synthetisch weefsel.

Daarnaast zijn er de klassieke onderdelen van een batterij. Als de temperatuur stijgt of daalt, veranderen de elektrische eigenschappen van het systeem zodat er een spanning wordt gegenereerd door de verandering in potentiaal. Een condensator of een conventionele oplaadbare batterij kan dit gebruiken om elektriciteit op te slaan, die op zijn beurt het slimme apparaat van energie voorziet.

De in het laboratorium ontwikkelde PEC's kunnen 100 microjoule onttrekken aan een oppervlak van één vierkante centimeter door het één keer te verwarmen of af te koelen. Omgerekend zou dat 0,001 wattuur zijn.

Met andere woorden: waar bijvoorbeeld grote ronde knoopcellen zoals die in deze Zigbee-contactsensor tussen de zes maanden en een jaar werken, zou zo'n energiecel, die weliswaar nog experimenteel is, al gebruikt kunnen worden. Hij heeft het juiste formaat en levert voldoende stroom. Klassieke polshorloges of de buitentemperatuursensor zouden ook andere voorbeelden zijn.

Net zoals een warmtepomp of koelkast elektriciteit en technische arbeid gebruikt om warmte te onttrekken en over te dragen, genereert de PEC elektriciteit uit de veranderende omgevingstemperatuur. Dit is echter een puur elektrochemisch en geen mechanisch proces - het is dus geen warmtepomp, maar eerder een warmtebatterij.