Umwandlung von überschüssigem WLAN in Energie für elektronische Geräte

BerlinForscher haben eine Methode entwickelt, um ungenutzte Wi-Fi- und Bluetooth-Signale in nutzbare Energie umzuwandeln. Ein neues Verfahren, entwickelt von Teams der Universität Tohoku, der Nationaluniversität von Singapur und der Universität Messina, wandelt schwache Radiowellen effizient in Gleichstrom um. Diese Technologie könnte elektronische Geräte und Sensoren ohne Batterien betreiben. Die Ergebnisse wurden am 24. Juli 2024 in Nature Electronics veröffentlicht.

Die neue Technologie, bekannt als 'Rectifier', löst die Probleme aktueller Lösungen wie der Schottky-Diode, welche eine geringe Effizienz bei der Umwandlung von RF in DC hat. Dieser fortschrittliche Rectifier nutzt einen nanoskaligen Spin-Gleichrichter (SR) aus einer magnetischen Tunnelverbindung mit CoFeB und MgO. Forscher verbesserten den SR, indem sie die magnetischen Eigenschaften der Materialien, das Design des Geräts und die Charakteristika der Tunnelbarriere anpassten. Sie testeten die RF-zu-DC-Umwandlung in zwei verschiedenen Versuchsaufbauten.

• Eine einzelne SR-basierte Gleichrichterantenne, die zwischen -62 dBm und -20 dBm arbeitet
• Ein Array aus 10 in Reihe geschalteten SRs

Die Forscher nutzten das SR-Array in einem Energieerntungsmodul, um einen kommerziellen Temperatursensor bei -27 dBm zu betreiben.

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Dieser Durchbruch bringt erhebliche Vorteile mit sich. Das Sammeln von RF-Energie aus der Luft kann den Batterieverbrauch erheblich reduzieren, die Lebensdauer von Geräten verlängern und Umweltbelastungen verringern. Besonders nützlich ist dies für Geräte an abgelegenen Orten, wo ein Batteriewechsel schwierig ist. Diese Geräte könnten stattdessen durch übliche RF-Signale in unserer Umgebung betrieben werden.

Der Erfolg dieser Technologie könnte zu nachhaltigeren Energieoptionen für kleine elektronische Geräte führen. Dies wäre besonders nützlich für das Internet der Dinge (IoT), wo viele Sensoren und Geräte effiziente Energiequellen benötigen. In der Zukunft könnten On-Chip-Antennen eingesetzt werden, um diese Geräte noch effizienter und kompakter zu machen. Forscher entwickeln zudem Methoden, die Impedanz in großen SR-Arrays durch Serien-Parallel-Schaltungen und On-Chip-Verbindungen zu einzelnen SRs zu optimieren, um so die RF-Leistungsgewinnung zu verbessern.

Diese Technologie stellt eine umweltfreundliche Lösung dar. Sie nutzt die Umgebungsenergiegewinnung und ermöglicht elektronischen Geräten eine autonome Energieversorgung. Diese Methode könnte Energieprobleme lösen, indem sie die allgegenwärtigen drahtlosen Signale verwendet.