研究人员获得 90 万美元用于优化石墨烯能量收集设备

蒂巴多说:“我们已经成功开发了一种构建石墨烯能量收集装置结构的工艺,但目前的结构无法收集足够的能量。这项提案将使我们能够优化这些结构,以收集纳瓦级的电力,这足以运行传感器。”Thibado 和他的同事将为以下能源开发石墨烯能量收集(GEH)技术:太阳能、热能、声学、动能、非线性和环境辐射。随着每个设备的开发,他的团队将围绕该特定电源构建完整的原型传感器系统。

保罗·蒂巴多

保罗·蒂巴多(Paul Thibado)

阿尔伯塔大学物理学教授 Paul Thibado 收到了由大休斯顿社区基金会管理的 WoodNext 基金会提供的 90.4 万美元的承诺。这笔为期五年的赠款将支持 Thibado 开发石墨烯能量收集器。

蒂巴多说:“我们已经成功开发了一种构建石墨烯能量收集装置结构的工艺,但目前的结构无法收集足够的能量。这项提案将使我们能够优化这些结构,以收集纳瓦级的电力,这足以运行传感器。”

Thibado 和他的同事将为以下能源开发石墨烯能量收集(GEH)技术:太阳能、热能、声学、动能、非线性和环境辐射。随着每个设备的开发,他的团队将围绕该特定电源构建完整的原型传感器系统。

WoodNext 基金会执行董事 Nancy Chan 表示:“我们很高兴支持 Paul 的工作。我们认为这是开发更多清洁能源选择的重要一步,也是构建物联网方面潜在的令人兴奋的进步。”

蒂巴多指出,当前最先进的传感器技术由需要微瓦(百万分之一瓦)连续功率的电池供电。他的项目的目标有两个:

  1. 将传感器功率需求降低至纳瓦(十亿分之一瓦)
  2. 使用从当地环境中收集的能量为这些传感器供电。

值得注意的是,这些系统不包括电池,因为电池的使用寿命有限,因此它们能够实现极长的使用寿命——可能长达数十年。

蒂巴多解释说:“这项技术的大规模使用将进一步扩展物联网,它将普通传感器转变为智能网络中的智能节点。因此,我们的系统将影响广泛的应用。”

有多宽?Thibado 设想这些传感器将用于运输产品跟踪、物流车队管理、牲畜跟踪、土壤传感器、农业气候监测、环境洪水警报、灾害规划、大气监测、预测性维护、制造过程监控、公用事业智能电表/电网、城市智能停车、交通控制、城市照明、废物管理、自行车/踏板车管理、摄像系统、建筑报警系统、温度控制、照明、门禁、可穿戴健身监控、儿童跟踪和医疗跟踪。所以,相当宽。

GEH 的安装成本预计将比其他形式的能源供应(无论是大型还是小型)具有竞争力。然而,GEH 的运营成本将接近于零,无需燃料、充电、更换或检修成本。例如,GEH 芯片可以放置在远程温度传感器中。该芯片是其电子模块的一个组成部分,将使设备不再需要外部电源或电池。该芯片不需要更换,因为它与设备的其他组件具有相同的寿命。借助 GEH 技术,该设备可以更加紧凑、便携并防止断电。

其他合作者

密歇根大学电气工程和计算机科学教授 David Blaauw 将获得 21 万美元的子奖金。作为低功耗无线传感器和嵌入式系统方面的专家,Blaauw 将监督“Michigan Micro-Mote”传感器的制造,该传感器是为与每种类型的阿尔伯塔大学石墨烯能量采集器无缝集成而定制设计的。

Blaauw 将微调各种传感器的功耗和占空比,以与阿尔伯塔大学采集器提供的功率保持一致。他还将实施电容式能量平均方法,以支持短暂的较高功耗。

NTS Innovations是一家专门从事纳米技术的公司,拥有将 GEH 开发成商业产品的独家许可。该公司为申请专利、制定商业计划、寻找商业合作伙伴和发现客户提供了资金。

NTS Innovations 在资助过程中的作用是与客户就验收标准进行互动,例如纳入产品所需的最低功率水平。目前,已有 60 多个团体表示有兴趣测试该技术,并与 Thibado 及其同事合作,将其集成到他们的应用程序中。

Thibado 认为,他的团队与 NTS Innovations 合作,最早在获奖的第二年就能够向感兴趣的客户发送第一代自供电 GEH 传感器以获取反馈。

石墨烯和 GEH

石墨烯于 2004 年被发现,是一种单原子厚度的石墨片。独立式石墨烯具有波纹结构,每个波纹都会根据环境温度上下翻转。

“东西越薄,就越灵活,”蒂巴多说。“而且只有一个原子厚,没有什么比它更灵活的了。它就像一个蹦床,不断地上下移动。如果你想阻止它移动,你必须将其冷却到 20 开尔文。”

GEH 使用悬浮在两个金属电极之间的带负电的石墨烯片。当石墨烯翻转时,它会在顶部电极中感应出正电荷。当它向下翻转时,它会给底部电极充电,产生交流电。通过反向连接的二极管,允许电流双向流动,在电路中提供单独的路径,产生对负载电阻器进行工作的脉冲直流电流。

关于 WoodNext 基金会: WoodNext基金会管理着技术创新者、Roku 首席执行官/创始人 Anthony Wood 及其妻子 Susan 的慈善事业。他们的慈善事业以推动人类进步和消除实现充实生活的障碍为总体使命。WoodNext 基金会在多个领域提供赠款和投资,包括科学和生物医学研究、心理健康、无家可归、教育、自然保护、灾难恢复和经济机会,重点是解决根本原因。

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