如今，连接设备的应用范围不断扩大，例如监测发动机和机械的状况以及农业环境中的遥感。被称为“物联网”(IoT) 的系统在提高设备效率和安全性方面具有巨大潜力。

然而物联网的绊脚石仍然存在，阻碍了许多潜在的应用。在实际无法获得可靠电源的情况下，如何为这些设备供电?

犹他大学工程学院的研究指出了一种可能的解决方案，即一种称为 热电化学电池 (PEC)的新型电池。

该设备是在机械工程副教授Roseanne Warren 和 Shad Roundy的研究实验室中开发和测试的 。

“我们的想法是开发一种集成设备，可以收集环境热能并将其直接转换为超级电容器或电池形式存储的电化学能，并应用于物联网和分布式传感器，”该研究的资深作者沃伦说。展示概念验证的新研究。

“我们谈论的是非常低水平的能量收集，但拥有可分布且无需在现场充电的传感器的能力是主要优势，”她补充道。 “我们探索了它的基本物理原理，发现它可以随着温度的升高或降低而产生电荷。”

该研究是英国皇家化学学会出版的《能源与环境科学》杂志 3 月 21 日版的封面专题 。

该设备通过改变周围环境的温度来充电，无论是在汽车或飞机内，还是在农业环境中的土壤下。理论上，PEC 可以为物联网应用的传感器供电，否则这些传感器无法充电。

该研究的合著者朗迪表示，太阳能电池在某些情况下可以正常工作。

“但在很多环境中，你会遇到两个问题，”朗迪说。 “一个是随着时间的推移它会变脏。太阳能电池必须保持清洁。因此，在这些类型的应用中，它们会变脏并且功率会下降。还有很多应用是没有阳光的。例如，我们研究放置在土壤顶面下方的土壤传感器。你不会得到任何阳光。”

PEC 使用热释电复合材料作为电化学电池中的隔膜。该材料由多孔聚偏二氟乙烯(PVDF)和钛酸钡纳米颗粒组成。这种材料的电特性随着加热或冷却而变化，从而减少或增加热释电分离器的极化

温度的变化会在细胞内产生电场，推动离子四处流动，使细胞能够储存能量。

“它将电力存储在所谓的双电层中，双电层将电荷存储在离子的正负层中。这是一款备受赞誉的电容器，”主要作者、沃伦实验室的研究生蒂姆·科瓦尔奇克 (Tim Kowalchik) 说。 “当你加热和冷却系统并存储电化学能量时，你就会改变这些层中正离子或负离子的数量。”

这项新研究测试了实验室关于细胞如何运作的理论。

“我们有一个预测的功能模型，其中包括我们在论文中所说的&luo;方向效应&ruo;，”科瓦尔奇克说。 “如果我们改变电池中分离器的方向，它就会以相反的方式驱动离子。这是我们可以对系统进行的更改，它将显示我们可以收集到的不同结果。”

该团队的实验旨在确定细胞是否会像他们预测的那样做出反应。除了取向效应之外，还有加热 与。冷却效果需要测试。

“如果你以一种方式加热东西，你就会发生一些事情。如果你先冷却它，你就会发生一些事情，并且会以不同的方式出现，”Kowalchik 说。 “我们通过一种称为电流分析法的方法做到了这一点。您在其上施加电压并保持该电压恒定并测量电流。如果没有任何变化，你进入系统的能量是恒定的;如果有能量进入系统，电流就会发生变化。”

细胞确实按照团队的理论做出了反应，但它可以在实验室外工作吗?这是沃伦寻求解决的下一个问题。她的一名学生现在正在进行电路建模，以设计电池并优化其功能。

“现在我们开始改变不同的参数，”沃伦说。 “我们如何改进能量收集和存储以及两者的结合?之后将是真实世界的现场演示。”

研究表明，该电池在一次加热/冷却循环中每平方厘米可产生高达 100 微焦耳的能量，虽然能量不多，但足以用于物联网目的。

“你想要监控汽车的状况、机器的状况、植物和土壤的状况等等。这些类型的传感器通常比智能手表或手机的功耗要低得多，因为它们有显示屏并且传输大量数据。”Roundy 说。 “我们谈论的传感器可能只是定期更新，并且它们可以自主运行。他们没有界面或屏幕。”

这项名为“通过 自充电热电化学电池将热能直接转换为储存的电化学能 ”的研究由美国国家科学基金会资助。 Fariha Khan 和 Danielle Horlacher 也做出了贡献。霍拉彻是一名本科艺术生，一直在沃伦的科学插图小组工作。她创建了上面显示在期刊封面上的图像。