Stellen Sie sich eine Welt vor, in der Smartphones, Laptops, Wearables und andere elektronische Geräte ohne Batterien betrieben werden. Zu schön, um wahr zu sein? Der erste Schritt in diese Richtung ist getan: Wissenschaftler des Massachusetts Institute of Technnology (MIT) haben eine flexible Schaltung entwickelt, die die Energie von WLAN-Signalen in Versorgungsstrom für Leistungselektronik umwandelt.

Rectenna

Schaltungen, die die Energie elektromagnetischer Wellen in Gleichstrom umwandeln, werden als Rectennas (Rectifying antennas, gleichrichtende Antennen) bezeichnet. Vor allem in RFIDs werden solche Rectennas schon lange eingesetzt. Die Forscher haben eine neue Version entwickelt, die schon in Nature beschrieben wurde, die mit einer flexiblen HF-Antenne die elektromagnetischen Wellen von WLAN-Signalen einfängt.

Einige Atome dick

Diese Antenne wird dann mit einer Schaltung verbunden, die aus einem zweidimensionalen, nur wenige Atome dicken Halbleiter besteht. Das Wechselstromsignal durchläuft diesen Halbleiter und wird so zu einer Gleichspannung, die zur Stromversorgung der Elektronik oder zum Laden von Batterien herangezogen werden kann.

R2R

So erzeugt die Schaltung ohne eigenes Zutun aus den allgegenwärtigen WLAN-Signalen nützliche elektrische Energie. Ein großer Vorteil der neuen Schaltung ist, dass sie mechanisch flexibel ist und im Rolle-zu-Rolle-Verfahren (R2R) in großen Stückzahlen hergestellt werden kann. Eine der ersten Anwendungen der neuen Rectenna ist die Versorgung von flexibler, tragbarer Elektronik, medizinischer Ausrüstung und Sensoren für das IoT.

Implantate

In Versuchsaufbauten war die neue Rectenna in der Lage, von einer typischen WLAN-Leistung von 150 µW etwa 40 µW aufzufangen – mehr als genug, um eine LED oder einen Siliziumchip zu betreiben. Dies eröffnet Möglichkeiten für medizinische Implantate, einschließlich der von einem Patienten geschluckten Pillen, die diagnostische Informationen an einen Empfänger senden.

Molybdän

Der Gleichrichter besteht aus Molybdändisulfid (MoS2) und ist mit einer Dicke von nur drei Atomen einer der dünnsten Halbleiter der Welt. Durch Einwirkung bestimmter Chemikalien entsteht ein Übergang von Halbleiter zu Metall – im Grunde genommen eine Schottky-Diode. Die parasitäre Kapazität dieser Diode ist so gering, dass sie Funksignale bis zu 10 GHz gleichrichten kann.

Quelle: MIT