Könnten sich elektronische Geräte selbst aufladen, ohne an eine Stromquelle angeschlossen zu sein?

Elektronische Geräte können ihre Batterien durch verschiedene Methoden aufladen, ohne an eine Stromquelle angeschlossen zu sein. Allen unterschiedlichen Methoden ist gemeinsam, dass sie Energie aufnehmen, die in einer anderen Form vorliegt (Hitze, Licht, Vibrationen, Radiowellen, usw.) aus der äußeren Umgebung und wandeln dann die Energie in elektrochemische Energie um, die in den Batterien des Geräts gespeichert wird. Solche Methoden sind zwar wissenschaftlich fundiert und wurden bereits erfolgreich demonstriert, Die aus der Außenumgebung gewonnene Energie reicht oft nicht aus, um praktisch nutzbar zu sein. Derzeit wird intensiv geforscht, um die Energiegewinnung effizienter zu gestalten, und auf diesem Gebiet werden allmählich Durchbrüche erzielt. Viele Telefone sind bereits verfügbar, die kabelloses Laden bieten. Schauen wir uns die wichtigsten Energiearten an, die ein Gerät verwenden kann, um sich selbst aufzuladen, ohne angeschlossen zu sein.

Solarenergie
Die älteste Energiegewinnungsmethode, die bei elektronischen Geräten verwendet wird, ist höchstwahrscheinlich die Gewinnung von Sonnenenergie mit einer Solarzelle. Kleine Taschenrechner, die Solarzellen zur Stromversorgung verwenden, gibt es schon seit Jahrzehnten. Solarzellen (Photovoltaik) absorbieren gewöhnliches Licht und wandeln es mithilfe von Halbleiterschichten direkt in Elektrizität um. Während die Photovoltaik zu diesem Zeitpunkt gut verstanden und kommerziell etabliert ist, Es gibt mehrere Nachteile bei der Verwendung von Photovoltaik zum Aufladen eines tragbaren elektronischen Geräts. Der Hauptnachteil besteht darin, dass der Licht-zu-Strom-Umwandlungsprozess der Photovoltaik ineffizient ist. In jüngster Zeit wurden jedoch Fortschritte erzielt, die die Effizienz steigern, und es wird intensiv geforscht, um die Effizienz weiter zu steigern. Der andere Nachteil ist der für typische Beleuchtungsstärken, Licht enthält zunächst nicht so viel Energie. Für herkömmliche Solarzellen, um eine angemessene Ausgangsleistung bereitzustellen, sie müssen groß sein, längere Zeit in direktem Sonnenlicht, und zur Sonne ausgerichtet. Keine dieser Bedingungen ist sehr praktisch für ein Handy, das Sie den größten Teil des Tages in der Tasche oder Hand halten.

Vibrations-/Kinetische Energie
Immer wenn sich ein Objekt bewegt oder vibriert, es enthält kinetische Energie. Wenn die Bewegung des Objekts auf die richtige Weise gestoppt wird, diese kinetische energie kann statt in die übliche abwärme in strom umgewandelt werden. Hybridautos nutzen dieses Konzept, um die Batterien wieder mit Strom zu versorgen, wenn Sie auf die Bremse treten. Die Bewegungsenergie des vorwärtsfahrenden Autos wird über einen Generator an den Rädern in elektrische Energie umgewandelt, anstatt dass die Energie als Abwärme in den Bremsbelägen landet. Für ein Handheld-Gerät, Die bedeutendste kinetische Energie, auf die es Zugriff hat, sind die regelmäßigen Stöße und Erschütterungen, die das Gerät erfährt, wenn Sie herumlaufen und das Gerät in Ihrer Tasche tragen. Es wird weiter geforscht, um die Erfassung kinetischer Energie praktikabel und effizient zu machen. Zum Beispiel, Zhong Lin Wang und Jinhui Song demonstrierten die Umwandlung von Schwingungsenergie in elektrische Energie unter Verwendung von piezoelektrischen Nanodraht-Arrays. Piezoelektrische Kristalle haben die interessante Eigenschaft, dass wenn sie gequetscht werden, Sie produzieren eine kleine Menge Strom. typisch, Die durch den piezoelektrischen Effekt eingefangene Energiemenge ist zu gering, um ein Gerät mit Strom zu versorgen, aber die jüngsten Fortschritte bei nanoskaligen Strukturen steigern ihre Effizienz.

Wärmeenergie
Die Umgebungswärme in der natürlichen Umgebung kann eingefangen und in Strom umgewandelt werden. Es gibt viele Möglichkeiten, dies zu tun, Das Grundkonzept besteht jedoch darin, die zufällige thermische Bewegung von Ionen oder Elektronen in eine geordnetere Ladungsbewegung umzuwandeln, was einen elektrischen Strom darstellt. Dieses Trichtern wird oft erreicht, indem verschiedene Materialien mit unterschiedlichen thermischen und elektrischen Eigenschaften geschichtet werden. Zum Beispiel, die Forscher Guoan Tai, Zihan Xu, und Jinsong Liu haben kürzlich die Umwandlung von Wärme in Elektrizität unter Verwendung der Ionenschicht demonstriert, die sich zwischen Silizium und Kupfer bildet(II) Chloridlösung.

Funkwellen und elektromagnetische Induktion
Alle elektromagnetischen Wellen transportieren Energie. typisch, Die uns umgebenden Funkwellen sind stark genug, um ein Signal zu übertragen (wie ein Handysignal), aber zu schwach, um ein Gerät mit nennenswerter Leistung zu versorgen. Durch die Verwendung intensiverer Radiowellen, Energie kann drahtlos mit erheblichen Leistungspegeln an ein Gerät gestrahlt werden. Nikola Tesla ist berühmt für seine bahnbrechende Forschung in der drahtlosen Energieübertragung in den 1890er Jahren. Bei einem solchen Ansatz, die umgebenden Radiowellen von den Felsen, Bäume, Sterne, und so weiter sind nicht stark genug, um Strom zu liefern. Stattdessen, Zur Erzeugung der intensiven Funkwellen wird ein dedizierter Leistungssender benötigt, was als Nachteil angesehen werden könnte. Außerdem, wenn ein einfacher Tischfunksender verwendet wird, Das zu ladende Gerät müsste sich im selben Gebäude wie der Sender befinden, um die elektromagnetische Energie effizient einzufangen. Dies ist möglicherweise keine schwerwiegende Einschränkung wie bei drahtlosen Verbindungen Signal Sender wie WIFI-Router und Mobilfunkmasten sind bereits weit verbreitet, um eine Internetverbindung mit wenigen Lücken bereitzustellen. Das WLAN Energie Übertragungsgeräte könnten in das vorhandene Funkgerät eingebaut werden Signal Übertragungsinfrastruktur. Denn kabellose Kraftsender müssen lediglich an eine Stromquelle angeschlossen werden und müssen nicht mit dem Internet verbunden sein, sie könnten sogar in Autos eingebaut werden, Boote, und in abgelegenen Gebieten. Beachten Sie, dass es einen grundlegenden Unterschied zwischen Funkwellen und elektromagnetischer Induktion gibt. Funkwellen sind sich selbst ausbreitende Wanderwellen im elektromagnetischen Feld. Im Gegensatz, Induktionseffekte sind eher lokalisierte elektromagnetische Störungen, die nicht wellenförmig sind, aber trotzdem Energie tragen. Aus technologischer Sicht, Funkwellenleistungsübertragung und Induktionsleistungsübertragung sind praktisch dasselbe. Funkwellen-/induktive Ladeverfahren werden bereits bei mehreren kommerziellen Produkten verwendet, wie Googles Nexus 4 Telefon und Lumia von Nokia 920 Telefon.

Kredit:https://wtamu.edu/~cbaird/sq/2013/10/17/könnten-elektronische-geräte-sich-aufladen-ohne-an-eine-stromquelle-eingesteckt-zu-werden/