Tehoelektroniikassa, jota hyödynnetään muun muassa uusiutuvan sähköenergian siirtoon tuulivoimapuistoista kulutuskeskuksiin, käytetään paljon muovikondensaattoreita. Tampereen yliopistossa tehdyssä väitöstyössä on kehitetty testejä, joiden avulla tehoelektroniikkaan voidaan kehittää kalvoeristeitä. Parempia sähköeristemateriaaleja tarvitaan, jotta kondensaattoreita käyttävistä laitteista saataisiin luotettavampia, pienempiä ja kevyempiä.

Nykyiset litiumakut halutaan korvata tekniikalla, jossa elektrolyytti on kiinteä metallia. Stanfordin yliopistossa on kehitetty uusi pinnoitus, joka tekee näistä akkutekniikan Graalin maljoista pitkäikäisiä ja vakaita. Luvassa on kevyit akkuja, jotka jaksavat paljon pidempään.

Japanilainen ROHM on esitellyt muunninpiirin, joka mahdollistaa ennätykselliset säästöt puettavien, kannettavien ja IoT-laitteiden tehonkulutuksessa. DC/DC-muunnin toimii peräti 97 prosentin hyötysuhteella (200 milliampeerin kuormalla) ja kuluttaa virtaa lepotilassa vain 2,8 mikroampeeria.

Tutkimusten mukaan vuoteen 2023 mennessä markkinoille tulee olemaan 30 miljardia Bluetooth-laitetta. Iso osa niistä liittää IoT-solmut verkkoon ja isossa osassa on jonkinlainen paristo. Kalifornialainen Atmosic haluaa eroon paristoista.

Suunnittelijan on kyettävä arvioimaan teholähteen vaikutukset järjestelmän suorituskykyyn, luotettavuuteen, pitkäikäisyyteen ja teknisten määräysten täyttämiseen. Se edellyttää ymmärrystä siitä, miten teholähde pystyy vastaamaan odotettuihin tai odottamattomiin muutoksiin tulo- ja lähtöjännitteen puolella sekä ympäristöoloissa. Seuraavassa on esitetty tärkeimpiä näkökohtia, jotka on otettava huomioon, kun sovellukseen valitaan sopivaa teholähdettä.

Lämpö on aina elektroniikan vihollinen, joka pitää saada johdettua pois komponenteista. Stanfordin yliopistossa on kehitetty tekniikka, jossa jäähdytetään komponentteja muutamalla muutaman atomin paksuisella kalvolla.

Illinoisin yliopiston tutkijat ovat poistaneet yhden esteen suuritehoisten puolijohteiden valmistuksessa lisäämällä kuumimman materiaalin eli beeta-galliumoksidin tutkimusvalikoimaansa. Beeta-galliumoksidi on helposti saatavissa ja se muuntaa tehoa nopeammin ja tehokkaammin kuin nykypäivän puolijohdemateriaalit.

Toronton yliopiston tutkijat ovat yhdistäneet kaksi uutta tekniikkaa seuraavan sukupolven aurinkoenergialle ja huomanneet, että kumpikin auttaa vakauttamaan toisiaan. Tuloksena oleva hybridimateriaali on tärkeä askel kohti aurinkoenergian kustannusten vähentämistä samalla kun moninkertaistetaan sen käyttötapoja.

Indianassa sijaitsevan Purduen yliopiston tutkijat ovat kehittäneet kangasinnovaation, jonka avulla käyttäjä voi ohjata ja käyttää elektronisia laitteita vaatetuksen kautta. Tämän uusi sateenkestävä ja likaa hylkivä kangastekniikka muuttaa vaatteet itsenäisiksi kaukosäätimiksi, sillä mukana on energiaa kerääviä osia.

Kiinalainen Xiaomi on patentoinut älypuhelimen, jonka akkua voidaan ladata myös aurinkokennolla. Patentista kertoo LetsGoDigital-sivusto. Ympäristön kannalta kestävien ratkaisujen kehittäminen on tietysti erinomaista, mutta aurinkokennokännykkä on ideana hölmö.

Kaikkien järjestelmien tehonkulutuksen vaatimukset monimutkaistuvat ja samalla kasvaa tarve käyttää pieniä akkukäyttöisiälaitteita mahdollisimman energiatehokkaasti. Tämän vuoksi integroidun kuormakytkimen käytöstä on tullut entistä suositumpaa. Se antaa suunnittelijoille mahdollisuuden toteuttaa hienostuneita tehonsyöttöratkaisuja pienimmissäkin laitteissa.

Caltechin ja Northwestern Universityn tutkijoiden tekemä uusi tutkimus osoittaa, että ohuet ruostekalvot – eli rautaoksidi - voivat tuottaa sähköä, kun suolavesi virtaa niiden yli. Nämä kalvot edustavat täysin uutta tapaa tuottaa sähköä, ja niitä voidaan käyttää kehittämään uusia kestävän sähköntuotannon muotoja.

MIT:n tutkijoiden johdolla on osoitettu menetelmä, jolla saadaan korkean energian fotoneja iskemään piistä liikkeelle kaksi elektronia nykyisen saatavan yhden sijasta. Näin avautuisi ovi uudentyyppiselle aurinkokennolle, jolla on suurempi tehokkuus kuin on ajateltu olevan mahdollista.

Tokion yliopiston professori Yoshihiro Iwasan tutki kansainvälisen fyysikkoryhmän kanssa erikoispuolijohteisen nanoputken mahdollisia toimintoja, kun hänellä sytytti. Välähdyksen tuloksena oli lopulta uudenlainen nanoputki, joka generoi sähkövirtaa valosta.

Yhdysvaltain energiaministeriön Brookhavenin kansallisen laboratorion tutkijat ovat suunnitelleet uuden orgaanisen katodimateriaalin litiumakuille. Etsiessään kestävää katodimateriaalia, joka voisi myös tarjota korkean energiatiheyden, he valitsivat rikin, turvallisen ja runsaan alkuaineen.

Rice Universityn laboratoriossa on sovitettu laserindusoitu grafeeni pieniksi, metallittomiksi rakenteiksi, jotka tuottavat sähköä. Näiden LIG-komposiittien joutuminen kosketuksiin muiden pintojen kanssa tuottaa staattista sähköä, jota voidaan ohjata pienlaitteiden käyttöön. Laitetta demottiin integroimalla se varvastossuun.

Liikkuvaan sähköenergian varastointiin on kaksi suosittua ratkaisua: suuren kapasiteetin litiumioniakut sekä nopeasti ladattavat ja purettavat kondensaattorit. Litium-ionikondensaattorit (LIC) yhdistävät näiden molempien parhaat puolet.

Moni on ajatellut, että tehoelektroniikassa on tultu piipohjaisten ratkaisujen suorituskykyrajoja. Tokion yliopiston tutkijat ovat kuitenkin kehittivät IGBT-transistorin, joka toimii vain 5 voltin ohjausjännitteellä. Sellaisen ohjauspiirien tehonkulutus oli vain 10 prosenttia perinteisen 15 voltilla ohjattavan IGBT:n tasosta.

Tutkimuslaitoksissa tutkitaan tiiviisti akkutekniikkaa, jossa elektrolyytti korvattaisiin kiinteällä metallilla. Belgialainen mikroelektroniikan IMEC-tutkimuskeskuksessa on nyt ylletty litium-metalliakussa uuteen ennätystiheyteen.

New Yorkin osavaltion Binghamtonin yliopiston tutkijat ovat kehittäneet mikrobisen biopariston, joka voisi antaa tehoa erilaisille kertakäyttöisille Internettiin liitettäville antureille. - Kertakäyttöisten asioiden internet eli IoDT on uusi evoluutioaskel langattomissa anturiverkoissa, sanoo Binghamtonin yliopiston sähkö- ja tietotekniikan apulaisprofessori Seokheun Choi.