Des chercheurs de l’U of A et de l’Université du Michigan ont annoncé la création d’un récupérateur d’énergie à base de graphène qui utilise le rayonnement ambiant pour alimenter des capteurs de température ultra-basse consommation. Il s’agit du deuxième capteur créé par l’équipe, dont l’objectif global est le développement de systèmes de capteurs autonomes tirant leur énergie de multiples sources présentes dans l’environnement — solaire, thermique, acoustique, cinétique, non linéaire et rayonnement ambiant.
L’équipe avait précédemment annoncé le développement réussi de cellules solaires à base de graphène pouvant être utilisées pour alimenter des capteurs de température.
L’équipe a trois exigences pour ces capteurs : ils doivent utiliser une énergie récoltée localement, ils doivent avoir une longue durée de service sans surveillance (potentiellement plusieurs décennies) et ils doivent pouvoir fonctionner avec une puissance de l’ordre du nanowatt. Les trois exigences ont été satisfaites dans le dernier capteur utilisant le rayonnement ambiant.
MD Rezaul Kabir, doctorant au sein du programme de science et ingénierie des matériaux de l’U of A, est le premier auteur de l’article, mais les récupérateurs d’énergie à base de graphène sont l’invention de Paul Thibado, professeur de physique à l’U of A, qui a commencé à étudier les propriétés uniques du graphène il y a plus de dix ans et qui est l’auteur correspondant.
Exploiter le rayonnement ambiant
Thibado a souligné que le rayonnement ambiant est omniprésent dans la vie moderne, en particulier celui émis par le câblage électrique de nos maisons (même si les fils qui traversent les murs pourraient être mieux disposés pour tirer parti de ce rayonnement perdu). Les systèmes de capteurs de température créés par le groupe de Thibado se sont concentrés sur la fréquence électrique standard de 60 hertz couramment utilisée aux États-Unis. Le capteur utilise une inductance en graphène pour récupérer l’énergie des champs magnétiques créés par ces lignes électriques. Le signal de l’inductance alimente un circuit sur mesure qui convertit le signal alternatif en courant continu, ce qui charge les condensateurs du capteur.
« L’inductance ajoute de la charge à ces condensateurs à un rythme lent », a expliqué Thibado, « mais c’est plus rapide que le rythme auquel le capteur consomme les charges des condensateurs. Ainsi, même en cas de coupure de courant, il peut toujours soutirer une charge des condensateurs. Avec notre configuration, il peut facilement tenir 24 heures — probablement même une semaine. »
Bien que le groupe de recherche de Thibado travaille avec des capteurs de température à titre de preuve de concept, Thibado imagine une large gamme d’utilisations pour des capteurs durables et à faible consommation, comme le suivi de produits, la surveillance atmosphérique, la gestion de flottes logistiques, la surveillance des sols et le suivi de la condition physique par dispositifs portables, ainsi que le suivi médical, pour ne citer que quelques-uns des créneaux où il voit des opportunités commerciales.
Parce que les capteurs ne nécessitent pas de piles, on peut les « installer et oublier », comme l’explique Thibado, réduisant ainsi le coût, l’effort et les déchets associés au remplacement des vieilles piles.
L’objectif final est le développement de capteurs multi-modaux (utilisant plus d’une des sources d’énergie mentionnées ci-dessus) exploitant la capacité de récupération d’énergie du graphène, capables de durer des décennies et de contribuer à concrétiser l’Internet des objets, dans lequel la technologie intelligente est littéralement tissée dans le tissu de la vie quotidienne. Ainsi, un capteur peut récupérer de l’énergie à partir du rayonnement ambiant et du mouvement cinétique, fournissant une source d’alimentation de secours en cas d’interruption de l’une d’elles (comme une coupure de courant).
Brevet et licence
NTS Innovations, une entreprise spécialisée dans les nanotechnologies, détient la licence exclusive pour développer les récupérateurs d’énergie à base de graphène en produits commerciaux. L’entreprise a fourni un financement pour le dépôt de brevets, l’élaboration de plans d’affaires, la recherche de partenaires commerciaux et la découverte de clients.
Le rôle de NTS Innovations au cours de la subvention est d’échanger avec les clients sur les critères d’acceptation, tels que les niveaux de puissance minimale nécessaires pour une inclusion dans des produits. À l’heure actuelle, plus de 60 parties ont exprimé leur intérêt à tester la technologie et à travailler avec Thibado et ses collègues pour l’intégrer dans leurs applications.
Article : Graphene powerline energy harvester powers a batteryless sensor – Journal : Journal of Vacuum Science & Technology B Microelectronics Processing and Phenomena – Méthode : Experimental study – DOI : Lien vers l’étude
L’article a été publié dans le Journal of Vacuum Science and Technology B. Les coauteurs de l’U of A comprenaient Ashadsuzzaman, Tamzeed Bani Amin, Jim Magnum et S.M. Rahman, tous doctorants. Les coauteurs de l’Université du Michigan comprenaient Hung Do, Gordon Carichner et David Blaauw, professeur de génie électrique et informatique spécialisé dans les capteurs sans fil à faible consommation et les systèmes embarqués.
