Свет вместо батареек: как российские ученые создали будущее для умных устройств

Пока автомобильная промышленность активно внедряет одностенные нанотрубки в литий-ионные аккумуляторы, в сфере умных устройств российские ученые предложили свое революционное энергоэффективное решение. Исследователи из Сколковского института науки и технологий и НИУ ВШЭ разработали фотоэлемент, который преобразует обычный комнатный свет в электричество, достаточное для питания беспроводных устройств.

Что скрывается за прорывом?

В основе технологии лежит перовскит — легкий, дешевый и высокоэффективный полупроводниковый материал. Главной задачей было защитить нежный фотоэлемент от внешней среды. Ученые справились с этой проблемой при помощи специальной полимерной оболочки, которая устойчива к растворителям, кислотам, не проводит ток и имеет высокую температуру плавления. Этот защитный барьер продлевает срок службы устройства до 10 000 часов, что сравнимо со временем работы одноразовых батареек в датчиках Интернета вещей.

«Мы продемонстрировали, что фотоэлементы на основе перовскита при надлежащей защите от внешней среды способны эффективно выполнять функцию зарядного устройства для беспроводных датчиков».

Не солнцем единым: почему важен искусственный свет

Ключевое преимущество новой разработки — ее эффективность именно при искусственном освещении, где традиционные кремниевые панели гораздо менее продуктивны.

• Для 87 часов бесперебойной работы датчика требуется освещенность около 1000 люкс — это стандартный уровень для офисного пространства.
• Чтобы устройство вообще перестало нуждаться в подзарядке, нужно около 3000 люкс. Такой уровень света достигается, если расположить датчик в непосредственной близости от источника света, например, офисной лампы.

Это открывает путь к созданию по-настоящему энергонезависимых устройств, которые не требуют обслуживания.

Экологичность и будущее Интернета вещей

Одна из самых острых проблем современной электроники — утилизация батареек, содержащих ртуть, свинец и кадмий. Новая технология предлагает не просто альтернативу, а устойчивое экологическое решение. По мнению экспертов, это открывает путь к созданию экологически чистых и самообеспечивающих энергией сенсорных сетей.

Профессор Университета ИТМО Сергей Макаров подтверждает: «Мы ожидаем, что в недалеком будущем многие носимые устройства и датчики интернета вещей станут полностью энергонезависимыми за счет оснащения такими перовскитными фотоэлементами».

Интересные факты об Интернете вещей

Чтобы понять масштаб влияния этой технологии, стоит взглянуть на мир IoT шире.

• IoT уже здесь. Еще в 2008 году количество устройств, подключенных к интернету, впервые превысило численность населения Земли. А к 2020 году, по прогнозам, их число может достичь 50 миллиардов. 
• Банкомат был одним из первых. Одно из первых устройств в духе IoT появилось в 1974 году — это был банкомат, подключенный к сети.
• «Умные» города экономят миллионы. Например, в Барселоне внедрение умного уличного освещения на базе IoT позволило сократить потребление энергии на 30%.
• Промышленный интернет вещей (IIoT) меняет индустрию. Технологии с низким энергопотреблением, подобные разрабатываемым учеными, критически важны для развертывания миллионов беспроводных датчиков на производствах.

Что ждет нас дальше?

Следующим шагом исследователей станет интеграция фотоэлемента с суперконденсатором в единое устройство. Это позволит не только генерировать энергию, но и накапливать ее, обеспечивая стабильную работу гаджетов даже в темное время суток.

Эта работа — наглядный пример того, как современная наука ищет и находит ответы на самые насущные технологические и экологические вызовы, открывая дорогу в будущее, где технологии существуют в гармонии с природой.

Видео

Перовскитные фотоэлементы НаучпостВ начале XXI века появились новые варианты вроде бы давно известных материалов. И многие из них показали себя крайне перспективными взять тот же графен углеродные на...rutube.ru