Forschung: Batterielose Technik zur Stromversorgung von Elektrogeräten
Ein Forschungsteam hat einen neuartigen Gleichrichter entwickelt(öffnet im neuen Fenster) , der Hochfrequenzsignale (HF) aus der Umgebung effizient in nutzbare Gleichstromspannung umwandeln kann. Die Technologie wandelt Hochfrequenzsignale aus Quellen wie Wi-Fi und Mobilfunknetzen in nutzbare Elektrizität um.
Laut einer Pressemitteilung(öffnet im neuen Fenster) der National University of Singapore (NUS) sind HF-Energiegewinnungstechnologien (Energy-Harvesting-Technology) wie diese von entscheidender Bedeutung. Sie reduzieren die Abhängigkeit von Batterien, verlängern die Lebensdauer von Geräten, minimieren die Auswirkungen auf die Umwelt und verbessern die Machbarkeit von drahtlosen Sensornetzwerken und IoT-Geräten in abgelegenen Gebieten, in denen ein häufiger Batteriewechsel unpraktisch ist.
Eine Effizienz von 7,8 Prozent
Das Forschungsteam demonstrierte die Verwendung von Spin-Gleichrichter (SR, spin-rectifiers) im Nanomaßstab, um diese Umwandlung zu erreichen. Dies gelang sogar bei niedrigen HF-Leistungspegeln unter -20 dBm - einer Schwelle, bei der bestehende Technologien Schwierigkeiten haben.
Herkömmliche Gleichrichter wie Schottky-Dioden(öffnet im neuen Fenster) unterliegen thermodynamischen Beschränkungen und parasitären Effekten bei niedrigen Leistungen. Deswegen optimierte das Team die SR-Bauelemente und schuf Konfigurationen, die in einem breiten Leistungsbereich effektiv arbeiten.
"Um die Leistung zu verbessern und einen On-Chip-Betrieb zu erreichen, wurden die SRs in einer Antennen-Anordnung gekoppelt" , so Yang. "Wobei die kleinen koplanaren Wellenleiter auf den SRs zur Kopplung der HF-Leistung verwendet wurden, was zu einer kompakten On-Chip-Fläche und einer hohen Effizienz führte." Dabei erreichte die Antenne aus zehn SRs eine Effizienz von 7,8 Prozent. Das Forschungsteam konzentriert sich nun auf die Integration einer On-Chip-Antenne, um die Effizienz und Kompaktheit ihrer Technologie weiter zu verbessern.
Zur Studie
Die Studie wurde am 24. Juli 2024 in der Fachzeitschrift Nature Electronics veröffentlicht: Nanoscale spin rectifiers for harvesting ambient radiofrequency energy(öffnet im neuen Fenster) . (Nanoskalige Spin-Gleichrichter zur Nutzung von Hochfrequenzenergie aus der Umgebung).