Energy Harvesting Funkwellenenergie ersetzt Akku in Smartphones

Redakteur: Margit Kuther

Jeder Akku ist irgendwann leer. Doch Energie aus Funkwellen ist unerschöpflich. Diese zu ernten, um damit tragbare Geräte zu betreiben, gelang einem internationalen Forscherteam um Huanyu Cheng.

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Akkuersatz: Ein dehnbares Antennen- und Rectenna-System erntet Energie aus Funkwellen, um tragbare Geräte zu betreiben.
Akkuersatz: Ein dehnbares Antennen- und Rectenna-System erntet Energie aus Funkwellen, um tragbare Geräte zu betreiben.
(Bild: Larry Cheng, Penn State)

Von Mikrowellenherden bis hin zu Wi-Fi-Verbindungen – die Funkwellen, die unsere Umwelt durchdringen, sind nicht nur Signale, die Energie verbrauchen, sondern auch selbst eine Energiequelle. Ein internationales Team unter der Forschungsleiterin Huanyu Cheng vom Penn State Department of Engineering Science and Mechanics hat eine Rectenna, also eine Schaltungsanordnung entwickelt, die hochfrequente elektromagnetische Wellen etwa aus dem Mobilfunk empfängt, in Gleichstrom umwandelt und so nachgeschaltete Elektronikschaltungen mit Energie versorgt.

Das Rectenna-System im Detail

Die Forscher entwickelten ein dehnbares Breitband-Dipol-Antennensystem, das in der Lage ist, Daten, die von Sensoren zur Gesundheitsüberwachung gesammelt werden, drahtlos zu übertragen. Das System besteht aus zwei dehnbaren Metallantennen, die auf leitfähigem Graphenmaterial mit einer Metallbeschichtung integriert sind.

Das breitbandige Design des Systems ermöglicht es, seine Frequenzfunktionen auch bei Dehnung, Biegung und Verdrehung beizubehalten. Dieses System wird dann mit einer dehnbaren Gleichrichterschaltung verbunden, wodurch eine gleichgerichtete Antenne oder Rectenna entsteht, die in der Lage ist, Energie aus elektromagnetischen Wellen in Elektrizität umzuwandeln. Diese Elektrizität kann zum Betreiben von drahtlosen Geräten oder zum Aufladen von Energiespeichern wie Akkus und Superkondensatoren verwendet werden.

Diese Rectenna kann Funk- oder elektromagnetische Wellen aus der Umgebung in Energie umwandeln, um die Sensormodule auf dem Gerät zu betreiben, die Temperatur und die Sauerstoffsättigung im Blut verfolgen. Im Vergleich zu anderen Quellen wird weniger Energie erzeugt, aber das System kann kontinuierlich Strom erzeugen – ein wesentlicher Vorteil, so Cheng.

"Funkwellen sind überall, die ganze Zeit"

„Wir nutzen die Energie, die uns bereits umgibt – Funkwellen sind überall, die ganze Zeit“, so Cheng. „Wenn wir diese Energie, die wir in der Umgebung vorfinden, nicht nutzen, wird sie einfach verschwendet. Wir können diese Energie ernten und sie in Strom umwandeln.“

„Unsere nächsten Schritte“, so Cheng „werden sein, miniaturisierte Versionen dieser Schaltungen zu erforschen und an der Entwicklung der Dehnbarkeit des Gleichrichters zu arbeiten. Dies ist eine Plattform, auf der wir diese Technologie auf einfache Weise mit anderen Modulen, die wir in der Vergangenheit entwickelt haben, kombinieren und anwenden können. Denn sie lässt sich problemlos erweitern oder für andere Anwendungen anpassen.“

Unterstützung für diese Arbeit wurde von der National Science Foundation, dem National Heart, Lung, and Blood Institute der National Institutes of Health und der Penn State gewährt.

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