Micropower - Micropower

Este artigo é sobre a tecnologia relacionada à geração, armazenamento ou uso de quantidades extremamente pequenas de energia. Para o editor de videogame britânico, consulte Micro Power .

Micropower descreve o uso de geradores elétricos muito pequenos e motores primários ou dispositivos para converter calor ou movimento em eletricidade, para uso próximo ao gerador. O gerador é normalmente integrado a dispositivos microeletrônicos e produz "vários watts de potência ou menos." Esses dispositivos oferecem a promessa de uma fonte de energia para dispositivos eletrônicos portáteis que é mais leve e tem um tempo de operação mais longo do que as baterias.

Tecnologia de microturbina

Os componentes de qualquer motor de turbina - o compressor de gás , a câmara de combustão e o rotor da turbina - são fabricados a partir de silício gravado , bem como circuitos integrados . A tecnologia promete dez vezes o tempo de operação de uma bateria com o mesmo peso da unidade de microenergia e eficiência semelhante às de grandes turbinas a gás . Pesquisadores do Massachusetts Institute of Technology conseguiram até agora fabricar as peças para essa microturbina a partir de seis wafers de silício gravados e empilhados e estão trabalhando para combiná-los em um motor funcional do tamanho de uma moeda de um quarto dos EUA .

Pesquisadores da Georgia Tech construíram um microgerador de 10 mm de largura, que gira um ímã acima de uma série de bobinas fabricadas em um chip de silício. O dispositivo gira a 100.000 rotações por minuto e produz 1,1 watts de energia elétrica , o suficiente para operar um telefone celular . Seu objetivo é produzir de 20 a 50 watts, o suficiente para alimentar um laptop .

Cientistas da Universidade de Lehigh estão desenvolvendo um gerador de hidrogênio em um chip de silício que pode converter metanol , diesel ou gasolina em combustível para um micro-motor ou uma célula de combustível em miniatura.

O professor Sanjeev Mukerjee, do departamento de química da Northeastern University , está desenvolvendo células de combustível para os militares que queimarão hidrogênio para alimentar equipamentos eletrônicos portáteis, como óculos de visão noturna, computadores e equipamentos de comunicação. Em seu sistema, um cartucho de metanol seria usado para produzir hidrogênio para operar uma pequena célula de combustível por até 5.000 horas. Seria mais leve do que as baterias recarregáveis ​​necessárias para fornecer a mesma saída de energia, com um tempo de execução mais longo. Tecnologia semelhante poderia ser aprimorada e expandida nos anos futuros para fornecer energia aos automóveis.

O Conselho Nacional de Pesquisa das Academias Nacionais recomendou em um relatório de 2004 que o Exército dos EUA deveria investigar essas fontes de micropotência para alimentar equipamentos eletrônicos a serem transportados por soldados no futuro, uma vez que baterias suficientes para alimentar os computadores, sensores e dispositivos de comunicação acrescentariam consideráveis peso para o fardo dos soldados de infantaria .

O Future Warrior Concept do Exército dos EUA prevê uma microturbina de 2 a 20 watts alimentada por um hidrocarboneto líquido sendo usada para alimentar comunicações e equipamentos de aquecimento / resfriamento vestíveis por até seis dias com 10 onças de combustível.

Outras tecnologias de microgerador / nanogerador

O professor Orest Symko, do departamento de física da Universidade de Utah , e seus alunos desenvolveram a conversão de energia piezoelétrica térmica acústica (TAPEC), dispositivos de aproximadamente 16 centímetros cúbicos que convertem calor residual em ressonância acústica e depois em eletricidade. Seria usado para alimentar sistemas microeletromecânicos, ou MEMS. A pesquisa foi financiada pelo Exército dos EUA. Symko apresentaria um artigo na Acoustical Society of America . 8 de junho de 2007. Pesquisadores do MIT desenvolveram o primeiro coletor de energia piezoelétrica em microescala usando PZT de filme fino em 2005. Arman Hajati e Sang-Gook Kim inventaram o dispositivo de coleta de energia piezoelétrica em microescala Ultra Wide-Bandwidth explorando a rigidez não linear de um ressonador de sistemas microeletromecânicos duplamente fixados (MEMS). A deformação de alongamento em uma viga duplamente fixada mostra uma rigidez não linear, que fornece um feedback passivo e resulta em uma ressonância do modo Duffing com amplitude reforçada.

O professor Zhong Lin Wang, do Instituto de Tecnologia da Geórgia, disse que sua equipe de pesquisadores desenvolveu um "gerador em escala nanométrica ... baseado em arranjos de nanofios de óxido de zinco alinhados verticalmente que se movem dentro de um eletrodo de placa em ziguezague" . Construído em sapatos, ele pode gerar eletricidade ao caminhar para alimentar pequenos dispositivos eletrônicos. Também pode ser alimentado por fluxo sanguíneo para alimentar dispositivos biomédicos. De acordo com um relato do dispositivo que apareceu na revista Science , a dobra dos arranjos de nanofios de óxido de zinco produz um campo elétrico pelas propriedades piezoelétricas do material. As propriedades do semicondutor do dispositivo criam uma barreira Schottky com recursos de retificação . O gerador é estimado em 17% a 30% eficiente na conversão de movimento mecânico em eletricidade. Isso poderia ser usado para alimentar dispositivos biomédicos que tenham recursos de transmissão sem fio para dados e controle. Um desenvolvimento posterior foi fazer crescer centenas desses nanofios em um substrato que funcionasse como um eletrodo. Em cima disso foi colocado um eletrodo de silício coberto com uma série de cristas de platina . A vibração do eletrodo superior causou a geração de corrente contínua. Um relatório de Wang foi publicado na edição de 8 de agosto de 2007 do jornal "Nano Letters", dizendo que tais dispositivos podem alimentar dispositivos biomédicos implantáveis. O dispositivo seria alimentado por sangue fluindo ou um coração batendo. Ele poderia funcionar enquanto estava imerso em fluidos corporais e obteria sua energia de vibrações ultrassônicas. Wang espera que uma série de dispositivos possa produzir 4 watts por centímetro cúbico. As metas para um maior desenvolvimento são aumentar a eficiência da matriz de nanofios e aumentar a vida útil do dispositivo, que em abril de 2007 era de apenas uma hora. Em novembro de 2010, Wang e sua equipe foram capazes de produzir 3 volts de potencial e até 300 nanoamperes de corrente, um nível de produção 100 vezes maior do que era possível um ano antes, de uma matriz medindo cerca de 2 cm por 1,5 cm.

O cinturão do vento é uma tecnologia de micropotência inventada por Shawn Frayne. É essencialmente uma harpa eólica , exceto que explora o movimento da corda produzida pela vibração aeroelástica para criar uma oscilação física que pode ser convertida em eletricidade. Evita as perdas inerentes aos geradores eólicos rotativos. Os protótipos produziram 40 miliwatts em um vento de 16 km / h. Os ímãs na membrana vibratória geram correntes em bobinas estacionárias.

Piezoeléctricos nanofibras em roupa poderia gerar eletricidade suficiente de movimentos do utente do corpo para poder pequenos dispositivos eletrônicos, como iPods ou alguns dos equipamentos electrónicos utilizados pelos soldados no campo de batalha, com base em pesquisa realizada pela Universidade da Califórnia, Berkeley Professor Liwei Lin e sua equipe . Um milhão dessas fibras poderiam alimentar um iPod e seriam tão grandes quanto um grão de areia. Pesquisadores da Universidade de Stanford estão desenvolvendo "eTextiles" - baterias feitas de tecido - que podem servir para armazenar energia gerada por tal tecnologia.

A tecnologia de ressonador térmico permite a geração de energia a partir da mudança diária de temperatura, mesmo quando não há diferença instantânea de temperatura conforme necessário para a geração termoelétrica, e sem luz solar necessária para geração fotovoltaica. Um material de mudança de fase, como octadecano, é selecionado e pode mudar de sólido para líquido quando a temperatura ambiente muda alguns graus Celsius. Em um pequeno dispositivo de demonstração criado pelo professor de engenharia química Michael Strano e sete outros no MIT , uma mudança diária de 10 graus Celsius produziu 350 milivolts e 1,3 miliwatts. Os níveis de potência previstos podem alimentar sensores e dispositivos de comunicação.

Veja também

Referências

links externos