Akıllı ev sensörlerinden endüstriyel takip cihazlarına kadar IoT dünyası hızla büyüyor. Ancak bu cihazların çoğu hala lityum-iyon pillere bağımlı. Ulaşılması zor yerlerdeki (örneğin bir köprünün altındaki sensör veya bir ineğin midesindeki takip çipi) pilleri değiştirmek, milyar dolarlık bir lojistik kâbusudur.
Bilim insanları ve mühendisler, "Tak ve Unut" (Fit and Forget) prensibiyle çalışan, kendi enerjisini ortamdan üreten cihazlar geliştirmek için yeni nesil malzemelere yöneliyor. İşte ortamdaki atık enerjiyi elektriğe dönüştüren o mucizevi malzemeler ve teknolojiler.
Endüstriyel makineler, geçen trenler veya sadece yürüyen insanlar... Dünya sürekli titriyor. Piezoelektrik malzemeler, bu mekanik stresi (basıncı veya titreşimi) doğrudan elektrik akımına dönüştürür.
PZT (Kurşun Zirkonat Titanat): Geleneksel ve en verimli piezoelektrik seramiktir. Ancak kurşun içerdiği için çevresel kaygılar yaratmaktadır.
PVDF (Poliviniliden Florür): Yeni nesil, esnek, plastik benzeri bir polimerdir. Giyilebilir teknolojilerde (örneğin ayakkabı tabanına yerleştirilip yürürken enerji üretmek için) mükemmeldir. Kırılgan değildir ve vücuda uyum sağlar.
Kullanım Alanı: Bir fabrikanın motoruna yapıştırılan piezo-sensör, motorun titreşiminden kendi enerjisini üretip, motorun arıza durumunu kablosuz olarak merkeze bildirebilir.
Fizikte Seebeck Etkisi olarak bilinen prensibe göre, bir malzemenin iki ucu arasında sıcaklık farkı varsa, elektrik akımı oluşur. IoT için bu, ortamdaki "atık ısıyı" kullanmak demektir.
Bizmut Tellür (Bi2Te3): Oda sıcaklığına yakın uygulamalar için en yaygın kullanılan yarı iletken malzemedir.
Organik Termoelektrikler: İletken polimerler (PEDOT:PSS gibi), vücut ısısını kullanarak çalışan akıllı saatler veya sağlık yamaları için geliştirilmektedir. Zehirli değildirler ve ucuzdurlar.
Kullanım Alanı: Sıcak su borularına takılan bir sensör. Borunun sıcaklığı ile ortamın soğukluğu arasındaki fark, sensörün yıllarca çalışması için yeterli enerjiyi sağlar.
Güneş panellerini biliyoruz, peki ya loş ofis ışığı? Standart silikon paneller, iç mekan aydınlatmasında (floresan veya LED altında) çok verimsizdir. IoT cihazları için özel "İç Mekan Fotovoltaikleri" geliştirilmektedir.
Boya Duyarlı Güneş Pilleri (DSSC): Yapay ışıkta bile yüksek performans gösterirler. Yarı şeffaf ve esnek üretilebilirler, bu da onları pencerelere veya cihaz kasalarına entegre etmeyi kolaylaştırır.
Perovskit Hücreler: Güneş enerjisi dünyasının yeni yıldızı. Düşük ışık koşullarında bile voltaj üretebilme yetenekleri, silikondan çok daha üstündür ve üretim maliyetleri düşüktür.
İki farklı malzemenin birbirine sürtünmesiyle oluşan statik elektrik (balonun saça sürtülmesi gibi), artık bir enerji kaynağı. TENG teknolojisi, bu sürtünmeyi hasat eder.
Malzemeler: Genellikle Teflon (PTFE), naylon veya ipek gibi basit ve ucuz polimerler kullanılır.
Kullanım Alanı: Akıllı zeminler. İnsanlar üzerinde yürüdükçe sürtünmeden enerji üreten zemin kaplamaları, ortamdaki güvenlik sensörlerini veya aydınlatmayı besleyebilir.
Havada uçuşan Wi-Fi, GSM ve Bluetooth sinyalleri aslında birer enerji paketidir. RF Enerji Hasadı, özel antenler (Rectenna) kullanarak bu elektromanyetik dalgaları yakalar ve DC elektriğe çevirir. Enerji miktarı düşüktür ancak ultra düşük güç tüketen sensörleri (örneğin elektronik etiketler) uyandırmak için yeterlidir.
Enerji hasadı malzemeleri, IoT ekosisteminin "besin zinciridir". PZT, Bizmut Tellür veya Perovskitler gibi malzemeler sayesinde, pilleri değiştirmek için harcanan iş gücü ve oluşan kimyasal atık tarihe karışacak.
Geleceğin cihazları, enerjilerini "yanlarında getirmeyecek", enerjilerini "yaşadıkları ortamdan" temin edecekler.
