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MIT光伏供电的传感器



麻省理工学院(MIT)的研究人员近日设计出一款由光伏供电的传感器,用这种传感器来传输数据,可以使用数年才需要更换电池。


毫无疑问,物联网(IoT)的重要性随着 5G 的发展愈发凸显。它利用信息传感设备和网络,把所有人们生活生产中的东西连接起来,进行信息交互,从而实现智能识别和管理。专家预测,到 2025 年,全球物联网设备的数量(包括收集有关基础设施和环境实时数据的传感器)可能会增加到 750 亿。然而,就目前的情况来看,这些传感器需要频繁地更换电池,这对长期监测来说可能是个不小的问题。


MIT 的研究人员在普通的射频识别(RFID)标签上安装了薄膜钙钛矿电池来作为“能量收集器”。这种电池以其潜在的低成本、灵活性和易制造而闻名,可以在明亮的阳光和较暗的室内条件下为传感器供电。此外,研究人员还发现,太阳能实际上给传感器提供了强大的动力,可以使数据传输的距离更远,并能够将多个传感器集成到一个 RFID 标签上。



麻省理工学院的团队的方法是将钙钛矿电池与具有多个传感器的RFID标签合并在一起,这些传感器用于监视各种环境因素,例如温度和湿度。这些标签可以印制成卷,并带有光伏电池,甚至可以做成透明的,因此可以将它们安装在窗户玻璃上。他们还拥有纤巧的超高频天线,制造成本仅为几美分。


新的传感器标签的工作原理与通常用于标记零售商品的RFID标签相同。RFID标签本质上是没有电源的电子电路,但是当它位于正在传输无线电信号的读取器设备的范围内时,该标签会从反向散射效应中吸收能量-本质上,它是从无线电信号中获取电能的。。然后,它传输存储在标签芯片中的信息,从而使其可用于定价、盘点、安全、跟踪和其他应用。


问题在于,标签只能产生几微瓦的功率,并且只有在阅读器正在几米范围内扫描标签时才能产生。如果要用作实用传感器,则需要为它供电更长的时间。对于新标签,麻省理工学院的团队将钙钛矿夹在电极、阴极和特殊的电子传输层材料之间。这使工程师能够调整每个单元,使其在不同的光照条件下能够按需运行。然后将它们制成每个四个电池的模块,它们可以在直射的阳光下每个产生4.3伏特,并通过1.5伏特电路传输数据。


其他测试表明,这些电池在荧光灯下的效率最高可达21.4%,并且暴露于45分钟的光线下最多可以充电3个小时,从而使传感器标签能够连续几天监控室内和室外温度,同时连续五次连续传输数据,比传统的RFID标签要好。这将使一个读取器可以同时收集来自多个传感器的数据。


随着技术的成熟,团队将新标签视为数月甚至数年监视环境的一种方法,以防它们恶化到无法正常工作的程度。它们不仅可以用于温度监控,而且还可以用于货物跟踪、土壤监控和能源使用监控,因为它们已经扩展到可以测量湿度、压力、振动和污染的能力。


机械工程系博士后Ian Mathews说道:“我们使用的钙钛矿材料作为有效的室内光收集器具有不可思议的潜力。我们的下一步计划是使用印刷电子方法集成这些相同的技术,从而有可能实现极低成本的无线传感器制造,”


【来源:cnBeta】


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