Strom aus Vibrationen ernten

Standardbatterien für Verbraucherelektronik leiden unter verschiedenen Einschränkungen, die auch das Potenzial der kompakten drahtlosen verteilten Systeme betreffen. Eine vielversprechende Alternative umfasst die Nutzung der nutzbaren elektrischen Energie aus der Umgebung eines Geräts.

Dieser Vorgang wird als Stromenergieernte bezeichnet (power energy harvesting), die das EU-finanzierte Projekt "Microelectromechanical generators based on high-performance piezoelectric materials" (MICROGENS) nutzen wollte. Der Plan war, piezoelektrische Materialien zu verwenden, um ungenutzte Bewegungsenergie in elektrische Energie umzuwandeln. Die vorgeschlagene Vorrichtung wurde unter Verwendung von Materialien der Familie PMN-PT umgesetzt. Sie sollte in der Lage sein, um schwache Vibrationen zu verwenden. Das Team will auch einen geeigneten Mikrotechnologieprozess entwickeln. Das Projekt lief drei Jahre lang bis Mitte 2014.

Arbeiten begannen mit einem Vergleich mehrerer Kandidatenmaterialien, gefolgt von der Untersuchung der Gold-Eutektikum-Methode, die eine Bindung zwischen Silizium und PMN-PT ermöglicht. Die Untersuchungen gewährleisteten, dass Prozesstemperaturen innerhalb der Grenzen des Materials blieben. Das Team hat auch mehrere andere Mikroprozesse integriert.

Das Konsortium entwickelte und verfeinerte die Patch-Strukturen, woraus sich eine endgültige Vorrichtung von etwa 1,6 cm ergab. Die Vorrichtung besteht aus fünf gleichgroßen PMN-PT-Auslegern, mit unterschiedlichen Massen, die Schwingungsenergie über einen weiten Bereich von Frequenzen abgreifen. Tests zeigten eine Leistungssteigerung, die das 2,5-fache der herkömmlichen PZT-Materialien ausmachte, was die Eignung der Vorrichtung für Milliwatt-Power-Anwendungen nachweist.

Aus der Projektarbeit ergaben sich auch vier Zeitschriftenartikel, zwei Vortragseinladungen und eine Patentanmeldung.

Das MICROGENS-Projekt führte zu neuen Entwicklungstechniken für Mikrotechnologie und bestätigte erfolgreich das Potential von PMN-PT für den Einsatz in der Stromenergieernte. Solche Vorrichtungen bieten zahlreiche weitere Anwendungen.