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Überschüssige oder verfügbare Energie zu nutzen und sie für nützliche Arbeiten zurückzugewinnen, ist sinnvoll und verlängert die Lebensdauer von Energiequellen.

Lesen Sie in diesem Beitrag mehr über 3 Nachhaltigkeitsverbesserungen durch den intelligenten Innenraum von Elektrofahrzeugen.

Erfahren Sie in diesem Beitrag mehr über Energy Harvesting in Elektrofahrzeugen.

Da wir im täglichen Leben immer mehr auf elektronische Geräte angewiesen sind, müssen die Geräte immer leistungsfähiger und kleiner werden und schneller aufgeladen werden können. Deshalb streben Entwickler ständig danach, diese Geräte zu verbessern und mehr Leistung bei gleichbleibender oder geringerer Größe zu liefern. Um diesen Herausforderungen zu begegnen, greifen Wissenschaftler und industrielle Hersteller jetzt auf Nanomaterialien zurück.

Der technologische Fortschritt hat zur Entwicklung neuer Formen der Energiespeicherung geführt. Energiespeicher wie beispielsweise wiederaufladbare Batterien dominieren zwar weiterhin den Markt, aber Brennstoffzellen sind auf dem Vormarsch. Die erste kommerziell genutzte Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle wurde bereits vor fast einem Jahrhundert vorgestellt. Durch die jüngsten Fortschritte in Sachen Energieeffizienz1 und der Leistungsdichte von Brennstoffzellen sowie durch Maßnahmen zur Bekämpfung des Klimawandels und den Trend hin zu umweltfreundlicher Energieerzeugung sind sie immer attraktiver – insbesondere Brennstoffzellen, die grünen Wasserstoff verwenden. Dieser Beitrag befasst sich mit den chemischen Grundlagen von Brennstoffzellen und den verschiedenen Brennstoffzellenvarianten, die für unterschiedlichste Anwendungsbereiche entwickelt worden sind.

Der piezoelektrische Effekt ist ein weit verbreitetes Phänomen bei vielen anorganischen Materialien, aber er lässt sich auch bei zahlreichen 2D-Materialien beobachten.

Energy Harvesting mit Hilfe von Nanogeneratoren steckt kommerziell gesehen noch in den Kinderschuhen. Das Interesse ist jedoch groß und die Grundlagenforschung an diesen Systemen wird stark vorangetrieben. In diesem Artikel widmen wir uns einem der vielversprechendsten und am weitesten entwickelten Nanogeneratoren: dem sogenannten triboelektrischen Nanogenerator (TENG).

Der Schlüssel zu einer Designstrategie, die sich selbst mit Strom versorgt und erneuerbare Energien nutzt, besteht darin, MCUs mit extrem niedrigem Stromverbrauch in Anwendungen einzusetzen, die ohnehin schon einen geringen Strombedarf haben.

Viele IoT-Anwendungen werben zwar damit, dass sie jahrelang mit einer Knopfzelle betrieben werden können, aber das bedeutet immer noch zahllose Batterien, die auf dem Müll landen. Hinzu kommt noch der enorme Aufwand, diese Batterien zu ersetzen.

Im Zuge der Entwicklung hin zu mehr Nachhaltigkeit suchen Entwicklungsingenieure nach neuen Lösungen, die über die endlichen und begrenzten Energieträger hinausgehen und vollständig erneuerbar sind: eine solche Lösung sind beispielsweise Solarzellen.

Für Energy Harvesting sind Ultra-Low-Power (ULP) MCUs eine logische Wahl. Um die Vorteile von Energy Harvesting für ULP-MCUs zu verstehen, ist es sinnvoll, sich die Funktionsweise von Energy Harvesting in der Praxis genauer anzuschauen.

Drahtlose Sensorknoten gewinnen in den letzten Jahren zunehmend an Bedeutung. Einer der Hauptvorteile eines solchen drahtlosen Sensorknotens ist seine Fähigkeit, Daten verschiedener Parameter ständig zu überwachen. Diese Sensoren werden z.B. in Wasserleitungssystemen zur Überwachung von Flüssigkeits- und Durchflussparametern eingesetzt. Die Energieversorgung ist eine der Herausforderungen solcher Sensorknoten. Es handelt sich dabei um batteriebetriebene Geräte, und wenn die Batterien das Ende ihrer Lebensdauer erreicht haben, müssen sie ausgetauscht oder wieder aufgeladen werden. Da drahtlose Sensorknoten häufig an abgelegenen Orten installiert werden, ist ein Austausch der Batterien nicht immer praktikabel. Eine Möglichkeit, diese Herausforderung zu überwinden, ist der Einsatz von Energy Harvesting im drahtlosen Sensorknoten. Mit Hilfe solcher Energy Harvester kann vorhandene Energie aus der Umgebung, z.B. mechanische, thermische oder photovoltaische Energie, aufgefangen und in elektrische Energie umgewandelt werden.

Das Stromversorgungsdesign für das Internet der Dinge (Internet of Things, IoT) ist immer eine Herausforderung. Da IoT-Geräte oft an abgelegenen Orten eingesetzt werden, ist ein häufiger Batteriewechsel nicht immer praktikabel. Die Designer müssen alternative Wege finden, um sie mit Strom zu versorgen. Die Minimierung des Stromverbrauchs ist normalerweise der Heilige Gral; dies lässt sich jedoch nur durch einen Kompromiss bei Funktionen, Konnektivität, Reichweite und sogar eingebauten Sicherheitsfunktionen (wie Kryptographie) realisieren.

Wissenschaftler finden immer neue Wege der Energiegewinnung. Dies wird noch weiter zunehmen, denn der Energiebedarf steigt aufgrund des aktuellen Bevölkerungswachstums und der zunehmenden Verbreitung von Technologien auf der ganzen Welt. Das Hauptanliegen der meisten Wissenschaftler ist die Gewinnung großer Mengen an Energie sowie eine Verbesserung der Effizienz von existierenden Technologien, um mehr Energie aus der Natur zu gewinnen. Zugleich gibt es jedoch unter Wissenschaftlern eine wachsende Bewegung in der Nanotechnologie, die sich mit der Herstellung von nanoskaligen Anwendungen beschäftigt, mit denen kleine Mengen an Energie gewonnen werden. Die Frage mag naheliegen, worin der Zweck solch kleiner Geräte zur Energiegewinnung besteht. Sie haben jedoch signifikantes Potential, um selbstversorgende Prozesse in kleinen Geräten zu betreiben, zum Beispiel für Anwendungen in der Gesundheitsüberwachung, Umweltkontrolle, Funkübertragungen, Sensoren und Netzwerk-Anwendungen im Rahmen des Internet of Things (IoT).