Superkondensaattorista energiaa esineiden internetin osasille

Esineiden internetin myötä elektroniikkaa on yhä uusissa paikoissa. Mistä elektroniikalle energiaa silloin, kun akkua ei voi käyttää? Suvi Lehtimäki kehitti väitöstyössään energian varastointiin superkondensaattoria, joka on edullinen ja moneen taipuva.

Esineiden internetin levittäytyessä joka puolelle tarvitaan myös uusia energianlähteitä hajautetulle elektroniikalle. Kun esimerkiksi halutaan valvoa elintarvikepakkauksien lämpötilaa kuljetuksen aikana tai mitata kosteutta rakennuksen rakenteiden sisällä, ladattavien akkujen tai vaihdettavien paristojen käyttö ei aina ole mahdollista. Elektroniikkalaitteista, kuten antureista ja niiden lähettimistä, täytyy tehdä energia-autonomisia.

– Energiaa voidaan kerätä esimerkiksi valosta, värähtelystä tai radioaalloista. Koska tällaiset energianlähteet ovat epätasaisia, mukaan tarvitaan myös energianvarastointikomponentti. Kehitin tutkimuksessani yhtä tähän tarkoitukseen sopivaa komponenttia, painettavaa superkondensaattoria, tohtorikoulutettava Suvi Lehtimäki TTY:ltä kertoo.

Superkondensaattori on akun ja tavallisen kondensaattorin välimuoto. Siihen ei voi varastoida yhtä paljon energiaa kuin akkuun, mutta toisaalta se voi antaa suurempia tehopiikkejä eikä menetä kapasiteettiaan yhtä nopeasti kuin akku.

– Superkondensaattori voidaan valmistaa halvoista ja turvallisista materiaaleista, kuten muovikalvosta, grafiitista, aktiivihiilestä, paperista ja suolavedestä. Suolana voi käyttää natriumkloridia eli tavallista ruokasuolaa, joten komponentin voi huoletta sijoittaa vaikkapa elintarvikkeiden lähelle, Lehtimäki sanoo.

Superkondensaattori voidaan valmistaa painomenetelmillä, jolloin tuotantokustannuksia saadaan alas.

– Muovikalvolle painettu superkondensaattori on myös taipuisa, minkä ansiosta se voidaan sijoittaa mitä moninaisimpiin paikkoihin, jopa osaksi puettavaa elektroniikkaa. Painomenetelmistä superkondensaattoreille sopii parhaiten paksuja kerroksia tuottava seri- eli silkkipaino.

Lehtimäki tutki työssään erilaisia superkondensaattorimateriaaleja hiilinanoputkista johtaviin polymeereihin. Uudet materiaalit kehittyvät kuitenkin vielä kovaa vauhtia. Tällä hetkellä parhaat tulokset saadaan perinteisellä elektrodimateriaalilla, aktiivihiilellä.

Väitöstilaisuus perjantaina 7.4.2017

Diplomi-insinööri Suvi Lehtimäen elektroniikan alaan kuuluva väitöskirja Printed Supercapacitors for Energy Harvesting Applications (Painetut superkondensaattorit energiankeräinsovelluksessa) tarkastetaan julkisesti Tampereen teknillisen yliopiston (TTY) tieto- ja sähkötekniikan tiedekunnassa perjantaina 7.4.2017 kello 12.00 alkaen Rakennustalon salissa RG202 (Korkeakoulunkatu 3, Tampere). Vastaväittäjänä toimii professori Leif Nyholm (Uppsalan yliopisto, Ruotsi). Tilaisuutta valvoo professori Donald Lupo TTY:n elektroniikan ja tietoliikennetekniikan laboratoriosta.

Suvi Lehtimäki on kotoisin Jämsästä ja työskentelee tällä hetkellä Laboratory for Future Electronics -tutkimusryhmässä.

Väitöskirjaan voi tutustua verkossa osoitteessa http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-15-3927-5

Uutinen: www.tut.fi