Электрическая энергия для гаджетов – из тела человека

Термоэлектрические генераторы (ТЭГ) являются отличным вариантом для питания носимой электроники и «Интернета вещей» из-за их способности напрямую преобразовывать низкопотенциальное тепло в электрическую энергию. Однако разработанные ранее ТЭГ являются жесткими и хрупким, и, таким образом, не адаптированы к сложным геометрическим и эластичным свойствам тела человека.

Появится ли в будущем возможность питать носимую электронику без необходимости подключать ее к сети или батарее? Ученые утверждают положительно

Последнее время в научных разработках, выполняемых по созданию гибких систем ТЭГ большое внимание уделяется термоэлектрическим пленкам, термоэлектрическим краскам, термоэлектрическим волокнам, а также органическим термоэлектрическим материалам. Однако, в проводимых ранее исследованиях редко сообщалось о ТЭГ с хорошей растяжимостью, что имеет решающее значение для обеспечения конформного контакта со сложной геометрией человеческого тела с целью получения оптимальных термоэлектрических характеристик.

Ориентируясь на способность кожи человека к самовосстановлению, самовосстанавливающаяся электроника также предполагает многообещающий потенциал для носимой электроники с целью повышения надежности и долговечности.

Работы ученых направлены на создание высокопроизводительных переносных ТЭГ с высокой растяжимостью, самовосстановлением, пригодностью для вторичной переработки и реконфигурируемостью, подобной Lego, за счет объединения модульных термоэлектрических чипов

 

Когда-то это было предметом научной фантастики: использование собственного тепла для питания электроники. И вот фантастика становится реалностью.

Разработанное устройство преобразует природное тепло тела человека в электрическую энергию. Более того, устройство может восстанавливаться при повреждении и полностью подлежит переработке после использования.

Новые устройства могут генерировать около одного вольта энергии на каждые 0,155 кв. дюйма (1 кв. см) кожного пространства, чего достаточно для питания электроники, например, такой как часы.

Кроме того, этот ТЭГ интегрируется с селективной по длине волны пленкой из метаматериала на холодной стороне, что приводит к значительному повышению производительности устройства при солнечном облучении, что критически важно для сбора энергии с помощью носимых устройств во время активного отдыха.

Предлагаемая концепция устройства и реализованные конструкции ТЭГ, разработанного учеными из CU Boulder, могут проложить путь к созданию высокопроизводительных, адаптируемых, настраиваемых, долговечных, экономичных и экологичных устройств сбора энергии следующего поколения с широким спектром применения.

Причем, общая концепция дизайна этой разработки масштабируется и адаптируется к другим термоэлектрическим материалам и методам изготовления.

Разрабатываемые устройства стараются делать как можно более дешевыми и надежными, а также максимально снизить его воздействие на окружающую среду.

Термоэлектрические генераторы находятся в тесном контакте с человеческим телом, и они могут использовать тепло, которое обычно рассеивается в окружающую среду. Носимый ТЭГ в виде кольца. (Источник: Xiao Lab)

 

Если разработанное устройство порвется, то можно просто снова сжать его. А если больше не требуется использовать устройство, то можно окунуть его в специальный раствор, который разделит электронные компоненты и растворит полииминовую основу (не путать с полиамином). Это означает, что каждый из этих ингредиентов можно использовать повторно.

Устройство ТЭГ и его изготовление. (A) Схематическое изображение конструкции, процесса изготовления и ключевых характеристик, включая самовосстановление, пригодность для вторичной переработки и реконфигурируемость, подобную Lego. Оптические изображения ТЭГ, когда он плоский (B), изогнутый (C), растянутый (D) и надетый на палец (E). Фото: Ян Сунь, Университет Колорадо в Боулдере