Wi-Fi 등 사용하지 않는 신호를 전자제품의 에너지로 전환

우리는 Wi-Fi, Bluetooth 신호와 같은 전자파에 끊임없이 둘러싸여 있습니다. 사용하지 않은 잉여분을 사용 가능한 에너지로 바꿀 수 있다면 어떨까요? 도호쿠 대학, 싱가포르 국립 대학, 메시나 대학의 연구원들은 주변 저전력 무선 주파수(RF) 신호를 직류(DC) 전력으로 효율적으로 수집하는 새로운 기술을 개발했습니다. 이 '정류기' 기술은 에너지 수확 모듈에 쉽게 통합되어 전자 장치 및 센서에 전력을 공급하여 배터리 없이 작동할 수 있습니다.

이 방법의 단점은 신호 소스가 일반적으로 문제의 전자 장치에 매우 근접해야 한다는 것입니다. 쇼트키 다이오드와 같은 기존 기술은 희미한 주변 RF 신호(일반적으로 -20dBm 미만)에 대한 낮은 RF-DC 변환 효율성 측면에서 문제에 직면해 있습니다.

이러한 문제를 해결하기 위해 연구팀은 나노 크기의 스핀 정류기(SR)를 사용하여 -20dBm 미만의 주변 무선 RF 신호를 DC 전압으로 변환하는 작고 민감한 정류기 기술을 개발했습니다. SR은 비휘발성 메모리 기술에 사용되는 CoFeB/MgO로 만들어진 나노 규모의 자기 터널 접합으로 구성됩니다.

팀은 재료의 자기 이방성, 장치 기하학 및 터널링 장벽 특성에 특별한 주의를 기울여 SR 장치를 최적화했습니다. 그런 다음 RF-DC 변환 성능은 1) -62dBm ~ -20dBm 사이에서 작동하는 단일 SR 기반 렉테나와 2) 직렬로 연결된 10개의 SR 배열의 두 가지 구성에 대해 테스트되었습니다. SR 어레이를 에너지 수확 모듈에 통합하여 -27dBm에서 상업용 온도 센서에 전원을 공급하는 데 성공했습니다.

주변 에너지원을 수집하여 사용 가능한 에너지로 변환하는 것을 "수확"이라고 합니다. 소형 장치는 에너지를 수확할 수 있으므로 배터리 의존도를 줄이고 장치 수명을 연장하며 환경에 미치는 영향을 최소화할 수 있습니다. 지속적으로 배터리를 교체하기 위해 원격지의 장치로 물리적으로 이동할 필요 없이 장치는 일상적인 RF 무선 신호와 같은 주변 에너지원을 통해 원격으로 전원을 공급받을 수 있습니다.

연구원들은 현재 효율성과 소형화를 향상시키기 위해 온칩 안테나의 통합을 연구하고 있습니다. 또한 팀은 개별 SR을 연결하기 위해 온칩 상호 연결을 활용하여 대규모 SR 어레이의 임피던스를 조정하기 위한 직렬 병렬 연결을 개발하고 있습니다. 이 접근 방식은 RF 전력을 수확하는 방법을 개선하는 것을 목표로 합니다. 이 기술에 대한 연구는 미래의 많은 문제를 해결할 수 있는 자립형 친환경 대체 에너지 선택으로 이어질 수 있습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/08/240807122841.htm