De som bor i Storbritannien kommer att veta allt om plötsliga temperaturförändringar. Våren är i luften ena dagen, sedan är det snöstorm nästa. Det är en mardröm för garderobsbeslut, men allt detta nyckfulla väder kan snart komma till nytta tack vare en uppfinning som omvandlar sådana temperatursvängningar till elektricitet.
MIT-ingenjörer har utvecklat ett sätt att skörda energi från tunn luft; eller mer exakt, från den omgivande termiska energin i atmosfären. Och vi pratar inte om några få gnistor. Detta kan ha potential att driva sensorer och kommunikationsenheter i flera år utan behov av batterier.
LÄS NÄSTA: Vi måste prata om batterier
Systemet, som kallas en termisk resonator, fungerar genom att fånga upp värme på ena sidan av enheten innan den långsamt utstrålar den på andra sidan. Tack vare materialen som används för att skapa maskinen släpar den ena sidan alltid efter den andra när systemet försöker nå jämvikt, och det är denna skillnad som kan skördas genom processen med termoelektrik.
För att få detta system att fungera var forskarna tvungna att göra det av en noggrant skräddarsydd kombination av material. De behövde något med en optimal termisk effusitet: en kombination av hur snabbt värme kan spridas genom ett material och hur mycket värme som kan lagras i materialet. Problemet är att i de flesta material, när en av dessa egenskaper är hög, är den andra låg. Material som snabbt suger upp värme tenderar att vara dåliga på att lagra den.
I en tidning publicerad i Natur, beskriver forskarna hur de använde ett koppar- och nickelskum, belagt med grafen för att öka värmeledningsförmågan. Detta infunderades med en typ av vax som kallas oktadekan, som växlar mellan fast och flytande inom det temperaturintervall som behövs för applikationen.
Oktadekanen lagrar värmen, medan grafenen gör att värmen kan spridas mycket snabbt genom systemet. Enligt doktoranden Anton Cottrill, studiens huvudförfattare, skapar denna kombination ”det hittills högsta termiska materialet i litteraturen”.
Ett test av systemet visade att ett temperaturfall på 10°C mellan dag och natt gav 350 millivolt potential och 1,3 milliwatt effekt. Det räcker inte för att hålla din TV igång, men det kan driva ett enkelt kommunikationssystem eller en miljösensor.
”Vi har byggt den första termiska resonatorn,” säger Cottrill. ”Det är något som kan sitta på ett skrivbord och generera energi ur det som verkar vara ingenting. Vi är omgivna av temperaturfluktuationer av alla olika frekvenser hela tiden. Dessa är en outnyttjad energikälla.”
En bra sak med systemet är att det inte är beroende av solljus för att fungera. Eftersom den reagerar på omgivningstemperaturförändringar kan den fungera i skuggan, och det betyder att den kan placeras i stort sett var som helst med tanke på temperaturförändringar.
Med konceptet bevisat vill ingenjörerna titta på hur systemet skulle kunna fungera med olika typer av temperaturfluktuationer, från på- och av-cykling av motorer i ett kylskåp till rytmerna i industriella maskiner. Det finns till och med utrymme för den här typen av teknik att användas utanför världen, med planetariska rovers eller landare som hämtar energi från dag- och nattcykler.
Bildkrediter: MIT, Justin Raymond, Melanie Gonick
