Microgenerator van nanodraden vervangt batterij

Bron: Cursor

 Omdat het ondoenlijk wordt om de batterijen van de talloze IoT-sensoren te vervangen, wordt naarstig gezocht naar slimmere manieren om ze van energie te voorzien. Het zogeheten thermo-elektrische effect, waarbij warmte-energie uit de omgeving wordt omgezet in elektriciteit, is daarvoor een voor de hand liggende kandidaat.

Vakulov onderzocht de thermo-elektrische eigenschappen van nanodraden, vanuit de gedachte dat deze draadjes te dun zijn om via trillingen effectief warmte te transporteren, maar dik genoeg om elektriciteit te geleiden. Het materiaal indiumantimonide (InSb), waarvan in de cleanroom van de TU/e hoogwaardige nanodraden (met een diameter van 0,1 micrometer) kunnen worden gemaakt, bezit gunstige eigenschappen voor deze toepassing Vakulov: "Dat heeft te maken met de zware atomen waaruit het materiaal is opgebouwd." Als sluitstuk van zijn promotie maakte de Rus een ontwerp voor een micro-energiebron gemaakt van deze nanodraden. Het prototype ziet eruit als een stukje doorzichtig plakband, met een patroon van donkere vierkantjes erop. "Elk van deze vlakjes is een thermo-elektrische generator. Het plastic is nodig voor de stevigheid, en voor de thermische en elektrische isolatie."

Foto: Daniël Vakulov

Elke generator bestaat uit een perceel van een halve millimeter waarin grofweg een miljoen nanodraden uit het oppervlak steken, volledig ingebed in transparant plastic. De promovendus toonde aan dat elk van de microgeneratoren een elektrisch vermogen opwekt van veertig microwatt bij een temperatuurverschil van drie graden Celsius. Dat is niet veel, maar er passen dan ook honderden thermo-elektrische microgeneratoren op een vingernagel. Aan elkaar gekoppeld zouden die volgens Vakulov genoeg vermogen leveren voor een sensor die je bijvoorbeeld tegen een wand of plafond kunt plakken. "Het verschil in temperatuur tussen zo’n oppervlak en de omgeving is eigenlijk altijd voldoende groot om een sensor van stroom te voorzien."

Zonnecellen

Reden genoeg om patent aan te vragen. Concrete plannen om de microgenerator op de markt te brengen, heeft Vakulov echter nog niet. "Binnen de groep is wel net een nieuw project rond nieuwe materialen gestart; wellicht werken die materialen nog beter. Ook ligt het voor de hand om dit soort thermo-elektrische generatoren te combineren met zonnecellen, waarbij de overtollige warmte van de panelen wordt benut door de generator."

Daniel Vakulov promoveert vandaag op zijn onderzoek ‘Nanowires for thermoelectric energy conversion’.