近年来，当设备的一侧与另一侧温度不同时可以产生能量的热电设备已成为许多研究的主题。现在，麻省理工学院的一个团队提出了一种将温度波动转换为电能的新颖方法。新系统无需同时要求两个不同的温度输入，而是利用了昼夜循环中环境温度的波动。
研究人员说，这种称为热谐振器的新系统可以实现遥感系统连续多年的运行，而无需其他电源或电池。
研究生Anton Cottrill，Carbon P. Dubbs化学工程教授Michael Strano以及麻省理工学院化学工程系的其他7位研究人员在一篇论文《Nature Communications》中报道了这一发现。
Strano说：“我们基本上是用整块布发明这种概念的。” “我们已经建造了第一个热谐振器。它可以放在桌子上，从似乎没有的东西中产生能量。我们一直被所有不同频率的温度波动所包围。这些都是未被开发的能源”。
到目前为止，尽管新系统产生的功率水平不高，但热谐振器的优点是它不需要直射的阳光。即使在阴凉处，它也可以通过环境温度变化产生能量。这意味着它不受云层，风况或其他环境条件的短期变化的影响，并且可以放置在方便的任何位置-甚至在太阳能电池板下方，处于永久阴影下，甚至可以让太阳能电池板研究人员说，通过废热提高效率。
根据Cottrill的说法，热谐振器的性能优于相同尺寸的商用热释电材料(一种将温度波动转换为电能的既定方法)，其单位面积功率超过三倍。
研究人员意识到，要从温度循环中产生能量，他们需要一种经过优化的材料，这种材料针对一种几乎不为人所知的特性(称为热发射率)进行了优化，该特性描述了该材料从环境中吸收热量或释放热量的难易程度。热发射率结合了热传导(热量可以通过材料传播的速度)和热容量(在给定体积的材料中可以存储多少热量)的属性。在大多数材料中，如果这些属性之一较高，则另一项往往较低。例如，陶瓷具有高的热容量，但传导率低。
为了解决这个问题，团队创建了精心定制的材料组合。基本结构是由铜或镍制成的金属泡沫，然后在其上涂覆一层石墨烯以提供更大的导热性。然后，在泡沫材料中注入一种称为十八烷的蜡，该蜡是一种相变材料，可在为给定应用选择的特定温度范围内在固体和液体之间变化。
用于测试该概念的材料样本显示，仅响应于白天和黑夜之间10摄氏度的温差，这种微小的材料样本就产生了350毫伏的电势和1.3毫瓦的功率-足以为简单，小型的环境传感器或通信系统。
该研究的主要作者科特里尔说：“相变材料可以储存热量，当使用该热量产生电流时，石墨烯可以为您提供非常快速的传导”。
Strano解释说，从本质上讲，设备的一侧会吸收热量，然后缓慢散发到另一侧。当系统试图达到平衡时，一侧总是落后于另一侧。两侧之间的这种永久性差异随后可以通过常规热电来获取。Strano说，金属泡沫，石墨烯和十八烷这三种材料的组合使其成为“迄今为止文献中最高的热发射率材料”。
虽然最初的测试是使用24小时每天的环境空气温度循环完成的，但通过调整材料的性能可以收集其他种类的温度循环，例如电动机开关循环产生的热量在冰箱中，或在工厂中的机械中。
Strano说：“我们被温度变化和波动所包围，但是在环境中却没有很好的特征。” 部分原因是没有已知的方法来利用它们。
研究人员说，例如，还使用其他方法尝试利用热电设备从热循环中汲取能量，但是新系统是第一个可以调整以响应特定温度变化时期(例如昼夜循环)的方法。 。
Cottrill说，这些温度变化是“未开发的能量”，并且可能是混合系统中的补充能源，该混合系统通过组合多个发电途径，即使单个组件发生故障也可以继续工作。这项研究的部分资金来自沙特阿拉伯国王阿卜杜拉国王科技大学(KAUST)，该大学希望将该系统用作为传感器网络供电的一种方式，以监测石油和天然气钻探领域的状况。
科特里尔说：“他们需要正交的能源。”也就是说，它们彼此完全独立，例如化石燃料发电器，太阳能电池板和这种新的热循环发电设备。因此，“如果一部分发生故障”，例如，如果沙尘暴使太阳能电池板处于黑暗中，那么“即使有足够的能力发出紧急消息，您也将拥有这种额外的机制来供电”。
麻省理工学院的博士后，新研究的合著者沃尔迪米尔·科曼说，这样的系统还可以为登陆偏远地区的登陆器或漫游者提供低功率但持久的能源，包括其他卫星和行星。他说，对于这种用途，大部分系统可以用当地材料制成，而不必预先制造。