デューク大、WiFi電波を電気エネルギーに変えるメタマテリアル作製。変換効率37%

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デューク大学の研究チームが、WiFi などのマイクロ波を電気エネルギーに変換するメタマテリアルを作製した。変換効率は最大で37%近くに達しており、最高レベルの太陽電池に匹敵している。2013年10月14日付けの Applied Physics Letters に論文が掲載されている。

5個のアンテナセルを1列に並べたマイクロ波発電ユニット (Credit: Duke University)

今回の研究では、分割リング共振器(SRR: Split-Ring Resonator)で構成されたメタマテリアルを利用して、900MHzのマイクロ波を直流電流に変換した。整流回路を組み込んだSRRセル5個を1列に並べてユニット化し、WiFi ハブを発生源とするマイクロ波を使って発電したところ、変換効率36.8%、開放電圧7.3Vを記録した。1セルのサイズは4cm×4cmとなっている。

アンテナと整流回路を組み合わせてマイクロ波を電気に変換するデバイスは一般に「レクテナ」と呼ばれ、ワイヤレス給電や環境発電などの用途で研究開発が進んでいる。日本では、日本電業工作が、2GHz帯で変換効率90%という高効率のレクテナの開発に成功している。

通常はアンテナ同士を近づけ過ぎると電磁干渉が生じてしまうが、今回のようにメタマテリアルを用いることで、複数のアンテナセルを並べても干渉せずに使えるようにできるなど設計自由度が高まると考えられる。将来的には、こうしたメタマテリアルを携帯電話に組み込むことで使っていない間に無線で携帯充電が行われるようにしたり、上空を通過する人工衛星の電波を使って自立発電するセンサネットワークなどが実現する可能性があるという。


発表資料

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