Memproduksi Listrik Menggunakan Generator Termoelektrik Dengan Selisih Temperatur Hanya 5 Derajat Celcius untuk Aplikasi IoT

Perubahan teknologi berlangsung sangat cepat memasuki Era Revolusi Industri 4.0. Termasuk segala benda didalam kehidupan kita sehari-hari, misalnya seperti: pengeras suara , mesin pendingin, bahkan mobil menjadi semakin “pintar “ dari waktu ke waktu, selayaknya benda-benda tersebut terhubung dengan internet dan mempertukarkan data menghasilkan IoT (Internet of Things). IoT atau Internet of Things memungkinkan benda-benda untuk dioperasikan dari jarak jauh dan otomatis dengan internet. Tidak seperti benda-benda dulu yang perlu dioperasikan dari jarak dekat.

Untuk mewujudkan kehidupan berbasis IoT segala benda harus mampu mengolah data didalam “sistem data” benda itu, yang tentunya akan membutuhkan energi listrik dan pengisian ulang ketika energi listriknya telah terpakai. Sebuah generator thermoelectric miniatur sedang dikembangkan untuk mengantisipasi pengisian ulang benda-benda berbasis IoT , khususnya benda-benda yang mudah dibawa dan tidak membutuhkan kabel.

Berbagai macam material telah diteliti sebagai bahan penghasil energi listrik, seperti: Lithium, Mangan, Phosphat dan lainnya. Berdasarkan kelebihan yang dimiliki seperti daya hantar panas yang relatif rendah namun memiliki daya hantar listrik yang tinggi, ”nanowires silicon” dikembangkan sebagai material thermolectric yang menjanjikan. Generator thermoelectric konvensial berbasis silicon bekerja dengan lambat. Nanowires silicon dengan ukuran 10-100 nanometers diletakkan di rongga perut (cavity) untuk menghentikan aliran panas yang akan langsung lewat dan melindungi perbedaan suhu diantara nanowires silicon pada sisi-sisi yang berlaianan. Namun bagaimanapun, struktur rongga perut (cavity) memperlemah kekuatan mekanik dari alat atau generator tersebut dan menaikkan biaya pembuatannya.

Untuk menyelesaikan masalah tersebut, tim peneliti Jepang dari Universitas Waseda, Osaka dan Shizouka telah mendesain dan mengembangkan sebuah generator thermoelectric berbasis nanowire-novel silicon. Dimana dari hasil percobaannya menunjukkan hasil densitas energi yang tinggi yaitu sebesar 12 mikrowatt setiap 1 cm2. Dengan hasil densitas energi tersebut, mampu menggerakkan sensor atau menghubungkan komunikasi intermitten wireless dimana hanya membutuhan perbedaan panas hanya sebesar 5o C.

“Karena generator kami menggunakan teknologi yang sama untuk memproduksi semikonduktor terpadu circuits (semiconductor integrated circuits), biaya prosesnya dapat dipangkas banyak dengan produksi massal,” disampaikan Professor Takanobu Wanatabe dari Universitas Waseda selaku pemimpin dari penelitian ini.

“Dan juga, generator tersebut dapat membuka jalan keluar baru untuk berbagai alat yang digerakkan otomatis dengan IoT hanya dengan memanfaatkan panas dari tubuh dan lingkungan. Misalkan, sangat memungkinkan untuk mengisi ulang jam pintar kamu selama kamu lari pagi disuatu hari”, penjelasan lainnya.

Pengembangan generator thermoelectric yang terbaru menghilangkan strukutur rongga perut (cavity), akan tetapi sebagai gantinya memperpendek nanowire silicon menjadi berukuran 0,25 nanometer. Sejak simulasi dilakukan, hasil menunjukkan bahwa performa thermoelectric meningkat dengan mengecilkan alat tersebut. Profesor Wanatabe menerangkan bahwa meskipun generator tersebut memiliki struktur baru namun tetap mampu menghasilkan densitas energi yang sama dengan tipe generator sebelumnya/konvensional. Bahkan yang lebih mengejutkan, tahanan panas mampu menahan dengan lebih baik dan densitas energi naik 10 kali lipat dengan mengecilkan atau menipiskan lapisan permukaan silicon generator dari ukuran konvensional berukuran 750 nanometer menjadi 50 nanometer melalui proses penggilingan didalamnya.

Meskipun tim peneliti masih membutuhkan untuk meningkatkan kualitas dari generator sebagai stasiun generator energi didalam berbagai kondisi. Profesor Wanatabe berharap hasil penelitian yang dicapainya akan membantu teknologi penghasil energi didalam komunitas masyarakat IoT nantinya.

Dan penelitian ini telah dipresentasikan pada simposium 2018 “VLSI Technologi and Circuits” di Hawai, USA tanggal 18-22 Juni 2018. Mekanisme lebih lengkap dari generator ini dapat Anda baca di Mekanisme Generator Termoelektrik Dengan Selisih Temperatur Hanya 5 Derajat Celcius

Referensi:

1.Watanabe.2018.High -power thermoelectric generator utilizes thermal difference of only 5 C. Diakses dari: https://www.sciencedaily.com/releases/2018/07/180706091717.htm pada tanggal 12 Juli 2018