Piezoelektrischer Harvester liefert 40 µW

Das IMEC hat zusammen mit seinem Schwesterinstitut IMEC-NL einen mikromechanischen Energy-Harvester entwickelt, der auf Basis des piezoelektrischen Effekts Vibrationen in elektrische Energie bis zu 40 µW wandelt – genug für die Versorgung von Sensoren in drahtlosen Netzen.

Energy Harveseter sind eine vielvesprechende Alternative zu Batterien: Sie wandeln Energieformen, die ihnen direkt zur Verfügung stehen – Wärme, mechanische Schwingungen, Schall etc. – in elektrische Energie. Das ist insbesondere für Anwendungen interessant, in denen es sehr schwierig und teuer wäre, Batterien zu wechseln. Ein typisches Beispiel sind drahtlose Sensornetzwerke, in denen die autonomen Sensorknoten über eine große Fläche verteilt sind.

»Vor kurzem haben wir unseren batterielosen Pulse-Oxymeter vorgestellt, dessen Harvester Wärme in elektrische Energie wandelt, jetzt zeigen wir ein weiteres Beispiel dafür, dass miniaturisierte Harvester in reale Anwendungen Einzug halten. Wir rechnen damit, dass dies in fünf Jahren der Fall sein wird, bis 2020 werden sie sich als Energiequelle voll etabliert haben«, sagt Bert Gyselinckx, Program Director des IMEC-NL.

Der neue Harvester des IMEC liefert bei einer Resonanzfrequenz von 1,8 kHz und einer Amplitude von 180 nm die maximale Energie von 40 µW. Er besteht aus einem piezoelektrischen Kondensator, der aus einer Pt-Elektrode, einer PZT-Schicht und einer Al-Elektrode aufgebaut ist. Der Kondensator sitzt auf einem frei schwingenden Hebel, an dessen Spitze sich eine Masse befindet. Wird der Harvester Schwingungen ausgesetzt, dehnt sich die piezoelektrische Schicht und liefert elektrische Energie. Das IMEC hat außerdem ein Modell entwickelt, um die Ausgangsleistung in Abhängigkeit vom Design abschätzen zu können und den Harvester während des Designs zu optimieren.