Ortamdaki Sıcaklık Çalkalanmalarından Enerji Üreten Cihaz Geliştirildi

İki tarafı arasında sıcaklık farkı olduğunda güç üretebilen termoelektrik cihazlar hakkındaki araştırmalar son yıllarda oldukça arttı. Konu üzerinde çalışan ekiplerden biri olan MIT bilimcileri, bir s..
Görsel Telif: Melanie Gonick

İki tarafı arasında sıcaklık farkı olduğunda güç üretebilen termoelektrik cihazlar hakkındaki araştırmalar son yıllarda oldukça arttı. Konu üzerinde çalışan ekiplerden biri olan MIT bilimcileri, bir süre önce sıcaklık çalkalanmalarını elektriksel güce dönüştürmenin yepyeni bir yolunu buldu. Çalışmanın ayrıntıları, Nature Communications adlı dergide yayımlanan bir makale ile paylaşıldı.

Yeni sistem, aynı anda iki farklı sıcaklık girdisi gerektirmek yerine, gece-gündüz döngüsü sırasında ortam sıcaklığında oluşan değişimlerden yararlanıyor. “Isıl yankılayıcı” (İng. thermal resonator) adı verilen bu sistem, uzaktan algılama sistemlerinin, pil vb. gibi başka güç kaynaklarına gerek bırakmadan, yıllar boyu kesintisiz şekilde işlemesini sağlayabilir. Ekipten Michael Strano, “İlk ısıl yankılayıcıyı yapmış olduk. Öyle bir şey ki, masanın üstünde durup, görünüşte hiçlikten enerji üretiyor. Biz her an için bir sürü farklı frekansta sıcaklık çalkalanmaları ile çevriliyiz. Bunlar kullanılmayan enerji kaynakları,” şeklinde açıklıyor.

Yeni sistemin ürettiği güç düzeyleri şimdilik oldukça düşük olmakla birlikte, ısıl yankılayıcının iyi yanı, doğrudan güneş ışığına gereksinim duymaması. Enerjiyi ortam sıcaklığındaki değişimlerden üretiyor; gölgede bile. Bu da onun kısa süreli bulutlanmadan, rüzgar koşullarından veya diğer çevresel koşullardan etkilenmeyeceği anlamına geliyor. Uygun olan her yere yerleştirilebilir; bir güneş panelinin altına bile konabilir ve böylece güneş panelinin atık ısısını çekerek, verimliliği artırabilir. Isıl yankılayıcının ayrıca aynı boyutlardaki ticari piroelektrikSıcaklık çalkalanmalarını elektriğe dönüştürmek için hâlihazırda varolan bir yöntem.piroelektrik  malzemeden daha yüksek performans gösterdiği de ortaya konmuş bulunuyor.

Araştırmacılar, sıcaklık çevrimlerinden güç üretmek için “ısıl coşkunluk” (İng. thermal effusivity) adı verilen ve az bilinen bir özellik bakımından uygun olan bir malzemeye gerek olduğunu anladıklarını belirtiyorlar. Isıl coşkunluk, malzemenin ortamdan ne kadar kolay ısı çekebileceğini veya salabileceğini tanımlar. Isıl iletim  (ısının malzemede ne hızla yayılabileceği, [İng. thermal conduction]) ve ısıl sığa (malzemenin belli bir hacminde ne kadar ısı depolanabileceği, [İng. thermal capacity]) özelliklerinin birleştirilmesiyle ısıl coşkunluk elde edilir. Çoğu malzemede eğer bu özelliklerden biri yüksekse, diğeri düşük olmaya eğilimlidir. Örneğin seramiğin ısıl sığası yüksekken, ısıl iletimi düşüktür.

Isıl yankılayıcı, paletin sağ tarafındaki (beyaz cihazın arkasındaki) siyah cihaz.

Bunu aşmak için ekip dikkatle hazırlanmış bir malzeme karışımı kullandı. Temel yapı bakır veya metalden yapılma bir metal köpüğü. Bu daha sonra bir grafen katmanı ile kaplanıyor ve böylece ısıl iletimi daha da yükseltiliyor. Ardından köpük, faz-değişimli bir malzeme olan (belli bir uygulama için seçilen belirli sıcaklık aralıklarında katı veya sıvı olabilen) “oktadekan” adlı bir tür macunla birleştiriliyor. Faz-değişimli malzeme ısıyı depolarken, ısıyı elektrik akımı olarak kullanma zamanı geldiğinde, grafen hızlı bir iletim sağlıyor.

Sınama amaçlı olarak üretilen malzemenin ufak boyutlu bir örneği gösterdi ki, gece ile gündüz arasındaki 10 santigrat derecelik bir farka yanıt olarak, 350 milivolt potansiyel ve 1,3 miliwatt güç üretilebiliyor. Bu miktar, basit ve küçük çevresel sensörler ile iletişim sistemlerini çalıştırmak için yeterli.

Kısaca özetlemek gerekirse, cihazın bir tarafı ısıyı yakalayıp, yavaşça diğer tarafa yayıyor. Sistem denge durumuna ulaşmaya çabalarken, bir taraf sürekli geri kalıyor. İki taraf arasındaki bu sürekli farklılıktan, geleneksel termoelektrik yoluyla yararlanılıyor. Üç malzemenin bir araya getirilmesi (metal köpük, grafen ve oktadekan), şimdiye dek elde edilen en yüksek ısıl coşkunluklu malzemeyi ortaya çıkarıyor. ilk denemeler 24-saatlik gece-gündüz sıcaklığı çevrimine bağlı olarak yapılmış ama aslında her türlü sıcaklık çevriminden bu yöntemle güç elde edilebilir. Örneğin buzdolabı motorları gibi dur-kalklı motorlardan yayılan sıcaklıktan da yararlanılabilir.

Kaynak ve İleri Okuma

  • MIT News, "System draws power from daily temperature swings" http://news.mit.edu/2018/system-draws-power-daily-temperature-swings-0215
  • Anton L. Cottrill, Albert Tianxiang Liu, Yuichiro Kunai, Volodymyr B. Koman, Amir Kaplan, Sayalee G. Mahajan, Pingwei Liu, Aubrey R. Toland, Michael S. Strano. Ultra-high thermal effusivity materials for resonant ambient thermal energy harvesting. Nature Communications, 2018; 9 (1) DOI: 10.1038/s41467-018-03029-x

Etiket
  • Projelerimizde bize destek olmak ister misiniz?
  • Dilediğiniz miktarda aylık veya tek seferlik bağış yapabilirsiniz.
  • Destek Ol
Yorum Yap (0 )

Yorum yapabilmek için giriş yapmalısınız.

Bunlar da ilginizi çekebilir

Bağış Yap, Destek Ol!
Projelerimizde bize destek olmak isterseniz,
Patreon üzerinden
bütçenizi zorlamayacak şekilde aylık veya tek seferlik bağışta bulunabilirsiniz.
E-Bülten Üyeliği
Duyurulardan e-posta ile
haberdar olmak istiyorum.
Reklam Reklam Ver
Arşiv