Tieffrequenz-Harvesting

Energy-Harvester »melkt« niederfrequente Luftvibrationen

17. Februar 2014, 15:27 Uhr   |  Hagen Lang

Energy-Harvester »melkt« niederfrequente Luftvibrationen
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Infraschall-Messstation IS18 in Qaanaaq, Grönland, zur Überwachung des Vertrages über das Verbot von Kernwaffenversuchen in der Atmosphäre, im Weltraum und unter Wasser

Einen Durchbruch in der Nutzbarmachung tieffrequenter Vibrationen meldet das Institut für Mikroelektronik (IME) der Singapurer Agentur für Wissenschaft, Technologie und Forschung (A*STAR).

Forscher des IME haben einen Aluminium-Nitrit basierten Energie-Harvester mit einer Rekord-Leistungsdichte von 1,5 X 10 W/cm3 hergestellt, der über einen Zeitraum von 10 Jahren ein Stromäquivalent erntet, das dem Energiegehalt von drei kommerziell erhältlichen Lithium-Batterien (mit 2,34 cm3 Volumen und einer Energiedichte von 1,05 Wh/cm3) entspricht.

Der Energie-Harvester gewinnt diese Energie aus niederfrequenten (unhörbaren) Vibrationen der Luft zwischen 0,1 Hz und 100 Hz. Sie kommen überall vor, zumeist verursacht durch natürliche Phänomene (Sturm, Föhn, Seegang, Gewitter, Erdbeben, Vulkanausbrüche) und können durch die Atmosphäre über mehrere tausend Kilometer übertragen werden. Das besondere des Singapurer Harvesters ist, dass er nicht wie bisherige Prototypen auf eine Frequenz festgelegt ist, sondern die gesamte Frequenzbandbreite (von 0,1 Hz bis 100 Hz) variabel nutzen kann.

Durch die Entwicklung könnten Batterien für Aktoren und Sensoren, die wieder aufgeladen werden müssen, in Zukunft überflüssig werden, hofft Dr. Alex Gu, Technischer Direktor des Sensoren- und Aktoren-Mikrosystem-Programmes des IME: »Unsere Designstrategie nutzt den Kopplungseffekt von Wirbelablösung und Helmholtz-Resonanz um die Helmholtz-Resonanz zu verstärken und die Schwelle des Eingangs-Druckes zu vermindern. Dank der Übertragung von niederfrequenter Vibrationsenergie auf eine unter Druck stehende Flüssigkeit, synchronisiert diese Flüssigkeit die zufällig eingehenden Vibrationen in vordefinierten Resonanzfrequenzen und ermöglicht so die volle Nutzung der Vibrationen aus dem gesamten niederfrequenten Spektrum.«

Professor Dim-Lee Lwong, Geschäftsführender Direktor des IME, sagt: »Dieser Durchbruch bietet gewaltige Möglichkeiten, ein praktisches, nachhaltiges und effizientes Energiegewinnungsmodell mit einem attraktiven kleinen Formfaktor zu verwirklichen; eine preiswerte Lösung für einen großen Anwendungsbereich, von implantierbaren medizinischen Geräten, drahtloser Kommunikation und Sensornetzwerken, bis zu sonstiger Mobilelektronik, die die künftige mobile Gesellschaft realisieren wird.«

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