Ultra-low-power energy harvester for microbial fuel cells and its application to environmental sensing and long-range wireless data transmission

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作者
Takahiro Yamashita,Teppei Hayashi,Hirofumi Iwasaki,Masao Awatsu,Hiroshi Yokoyama
出处
期刊:Journal of Power Sources [Elsevier BV]
卷期号:430: 1-11 被引量:51
标识
DOI:10.1016/j.jpowsour.2019.04.120
摘要

Microbial fuel cells (MFCs) are attracting considerable attention because they can produce renewable energy from organic matter. To extract useable energy from MFCs, a suitable energy harvester is needed that can store energy in a capacitor and increase the output voltage of the MFC. We present an ultra-low-power energy harvester specially designed for MFCs (UPEM) which can extract energy even from extremely low-power, inexpensive, and single MFCs. The minimum required input power from an MFC to UPEM for charging a supercapacitor to 3.3 V is only 2.09 μW, and this value is two orders of magnitude lower than any input power reported for any energy harvester till date. UPEM is the first harvester that succeeded in obtaining almost real-time measurements of temperature and humidity, CO2 sensing, iBeacon™ transmission, and long-range wireless data transmission (>5 km) with a LoRa module at intervals shorter than 3 h, using a single MFC with a maximum power of 0.52 mW. These results show that UPEM can enable the realization of various applications of MFCs, such as their use in MFC-driven autonomous environmental sensing devices to measure greenhouse gases in remote off-grid locations.

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