요약:
아칸소 대학교와 미시간 대학교의 연구원들은 AC 전력선 주위의 자기장을 사용하여 초저전력 온도 센서에 전력을 공급하는 그래핀 에너지 수확기를 시연했습니다. 이 시스템은 나노와트 수준의 전력 소비로 작동하며, 쉽게 무시할 수 있는 전력선의 자기장을 작은 전자 장치용 에너지로 변환합니다.
장치의 그래핀 인덕터는 AC 자기장으로부터 에너지를 수집한 다음 회로가 AC 신호를 DC로 변환하여 커패시터를 충전합니다. 커패시터는 센서가 사용할 전기 에너지를 저장합니다. 연구팀은 센서가 전력을 소비하는 것보다 인덕터가 전하를 더 빨리 보충하기 때문에 주변 전력선이 정상적으로 작동할 때 에너지 저장이 계속 유지될 수 있다고 밝혔다. 이번 연구에서는 미국에서 흔히 사용되는 60Hz AC에 초점을 맞췄습니다. 이 연구에서는 다른 그리드 주파수에서의 성능을 고려하지 않았습니다.
연구원들은 전원이 중단되면 충전된 커패시터로 인해 센서가 최소 24시간, 심지어 일주일 동안 계속 작동할 수 있을 것으로 추정합니다. 이 배터리 수명은 현재 기기를 기준으로 팀에서 추정한 수치이며 장기간 정전 테스트를 거친 결과가 아닙니다. 또한 이 논문에서는 실험 시스템이 여전히 에너지 저장 커패시터를 사전 충전하고 프로세서를 설정하는 등 일회성 초기 단계를 거친다고 지적합니다. 완전 자율적 콜드 스타트는 아직 검증되지 않았습니다.
이 작품은 『진공과학기술B』에 게재되었습니다. 팀은 또한 이전에 온도 센서에 전력을 공급하기 위해 그래핀 태양 전지를 사용하는 것을 시연했습니다. 장기적인 목표는 태양 에너지, 열 에너지, 소리, 운동 및 전자기장과 같은 다양한 환경 에너지 수확 방법을 결합하여 농업, 환경 모니터링, 의료 추적 및 물류 장비에서 배터리 교체에 대한 유지 관리 필요성을 줄일 수 있도록 하는 것입니다.
연구팀은 이런 종류의 센서가 향후 저전력 조건에서 오랫동안 무인 작동이 가능할 것으로 예상하고 있지만, 아직까지 검증된 서비스 수명이 아닌 '수십 년 동안 지속적으로 작동'하는 것이 연구개발 목표다. 관련 기술에 대한 독점적 상용화 라이센스를 보유하고 있는 NTS Innovations는 60개 이상의 잠재적 파트너가 테스트 또는 통합에 관심을 표명했다고 말했습니다.
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