Nanogenerator Piroelektrik: Mengubah Buang Panas menjadi Tenaga Bersih
Efek Piroelektrik
Perangkat yang berkisar dari komputer hingga mobil hingga saluran transmisi tegangan tinggi kehilangan panas yang signifikan ke lingkungan. Efek piroelektrik—pertama kali dicatat oleh filsuf Yunani Theophrastus ketika tourmaline yang dipanaskan menarik jeruk—mengkonversi energi termal yang hilang ini menjadi listrik. Saat bahan tertentu, seperti tourmaline, dipanaskan atau didinginkan, struktur molekuler mereka berubah ulang, menciptakan ketidakseimbangan elektron yang mendorong arus listrik.
Nanogenerator
Peneliti di Georgia Tech telah merancang nanogenerator piroelektrik (NG) yang memanen buang panas dengan mengeksploitasi fluktuasi suhu. Menggunakan array nanonawa oksida seng pendek yang berdiri vertikal, perangkat ini menghasilkan daya setiap kali dipanaskan atau didinginkan, bahkan selama fluktuasi suhu siang-malam.
NG ini menjanjikan masa depan yang self-powered untuk nanoteknologi, memungkinkan sensor nirkabel, citra suhu, diagnostik medis, dan mikroelektronik pribadi yang beroperasi pada energi termal sekeliling.
Aplikasi Nanogenerator
Nanogenerator piroelektrik dapat menjadi sumbu elektronik konsumen, menangkap panas yang akan terbuang. Mereka sangat berharga untuk lingkungan suhu rendah, seperti misi luar angkasa, di mana mereka mempertahankan performa saat baterai konvensional gagal.
Kolaborasi Internasional
Tim gabungan Ukraina-Amerika Serikat telah mendemonstrasikan prinsip piroelektrik yang sama menggunakan nanonawa ferolistrik. Struktur kecil ini menghasilkan arus listrik sebagai respons terhadap perubahan suhu lingkungan apa pun, mengubah fluktuasi termal menjadi energi yang dapat digunakan.
Properti Piroelektrik
Dalam nanonawa ferolistrik, koefisien piroelektrik bergantung pada jari-jari dan kopling. Seiring berkurangnya jari-jari, koefisien meningkat hingga ukuran kritis di mana materi bertransisi ke keadaan paraelektrik di atas suhu Curie. “Efek ukuran” ini memungkinkan pengaturan suhu transisi fasa, memungkinkan respons piroelektrik yang besar dan dapat disesuaikan.
Dengan kontak periferi, nanonawa ferolistrik yang terpolarisir dapat menghasilkan arus dan tegangan DC yang besar saat suhu bervariasi. Perangkat ini, bebas bagian bergerak, dapat beroperasi dengan andal selama waktu yang lama dalam aplikasi yang berkisar dari sistem biologis in-vitro hingga luar angkasa.
Peneliti mengantisipasi bahwa nanogenerator ini akan mencapai efisiensi tinggi pada suhu rendah, dengan performa menurun seiring bertambahnya suhu lingkungan.
Power Felt Universitas Wake Forest
Universitas Wake Forest telah mengembangkan Power Felt, kain termoelektrik fleksibel yang terdiri dari nanotub karbon yang tertanam dalam serat plastik. Dengan memanfaatkan perbedaan suhu—seperti suhu ruang versus tubuh—kain ini menghasilkan muatan listrik.
Penggunaan Potensial Power Felt
Power Felt dapat memberi daya atau meningkatkan baterai di kursi mobil, mengisolasi pipa, memanen panas genteng atap untuk mengurangi tagihan utilitas, memantau performa atlet dalam pakaian atau peralatan, dan melacak kesehatan pasien ketika dibungkus di sekitar IV atau lokasi luka. Dalam keadaan darurat, jaket yang dilapisi dengan bahan ini dapat mengisi ponsel atau memberi daya radio cuaca, menawarkan ketahanan selama pemadaman listrik atau kecelakaan.
Dengan 72 lapisan tumpukan, kain saat ini menghasilkan sekitar 140 nanowatt daya. Penambahan lapisan nanotub lebih banyak dapat mengurangi ketebalan sambil meningkatkan output, memungkinkan perangkat dapat dikenakan yang memanen panas tubuh untuk memberi daya elektronik seperti iPod.
