Microcondensatori întinși care pot colecta energie din respirația și mișcarea omului

O echipă de cercetători internaționali, condusă de Huanyu “Larry” Cheng, profesor de dezvoltare a carierei Dorothy Quiggle la Departamentul de Științe și Inginerie Mecanică din Penn State, a dezvoltat un sistem auto-alimentat extins, care va fi utilizat în echipament de îmbrăcăminte pentru monitorizarea și diagnosticarea sănătății. Credit: Penn State College of Engineering

Potrivit unei echipe internaționale de cercetători condusă de Huanyu “Larry” Cheng, profesor de dezvoltare a carierei, ar putea fi posibil un sistem extins care poate culege energie din respirația și mișcarea umană pentru a fi folosit în purtarea dispozitivelor de monitorizare a sănătății. Dorothy Quiggle în Departamentul Penn State de Științe și Mecanică Inginerie.

Echipa de cercetare, formată din membri de la Universitatea Penn State și Minjiang și Universitatea Nanjing, ambii din China, și-a publicat recent rezultatele în Nano Energie.

Potrivit lui Cheng, versiunile actuale ale bateriilor și supercondensatorilor care furnizează echipamente de diagnosticare și monitorizare a uzurii au multe dezavantaje, inclusiv densitate redusă de putere și autonomie limitată.

„Acesta este ceva cu totul diferit de ceea ce am lucrat până acum, dar este o parte vitală a ecuației”, a spus Cheng, menționând că echipa sa de cercetare și colaboratorii tind să se concentreze asupra dezvoltării senzorilor în dispozitivele purtabile. „În timp ce lucrăm la senzori de gaz și alte dispozitive purtabile, trebuie întotdeauna să combinăm aceste dispozitive cu o baterie pentru a furniza energie. Utilizarea condensatoarelor micro-super ne oferă posibilitatea de a autoalimenta senzorul fără a fi nevoie de o baterie. “

O alternativă la baterii, micro-super condensatoarele sunt dispozitive de economisire a energiei care pot reîncărca sau înlocui bateriile litiu-ion în dispozitive purtabile. Microcondensatoarele au o amprentă mică, densitate mare de putere și capacitatea de încărcare și descărcare rapidă. Cu toate acestea, conform lui Cheng, atunci când sunt fabricate pentru dispozitive purtabile, micro-supercondensatoarele convenționale au o geometrie tip sandwich care prezintă o flexibilitate redusă, distanțe mari de difuzie a ionilor și un proces complex de integrare atunci când sunt combinate cu cele electronice. purtare.

Acest lucru i-a determinat pe Cheng și echipa sa să exploreze arhitecturi alternative de dispozitive și procese de integrare pentru a avansa utilizarea micro-supercondensatorilor în dispozitive purtabile. Ei au descoperit că dispunerea celulelor micro-supercondensatoare într-un plan urban, pod insulă permite configurația să se extindă și să se îndoaie la poduri, reducând în același timp deformarea micro-supercondensatorilor – insule. Atunci când este combinată, structura devine ceea ce cercetătorii se referă la „micro-super condensatoare array”.

„Folosind un design de punte de insulă la conectarea celulelor, rețelele de micro-supercondensatoare au prezentat o gamă mărită și au permis ieșirea de tensiune reglabilă”, a spus Cheng. “Acest lucru permite ca sistemul să fie întins înapoi până la 100%.”

Folosind nanofolii ultra-subțiri cu zinc-fosfor și sub formă de laser 3D Grafen spumă – un nanomaterial extrem de poros, cu autoîncălzire – pentru a construi proiectul insulei podului insulei, Cheng și echipa sa au văzut îmbunătățiri drastice ale conductivității electrice și ale numărului de ioni încărcați absorbiți. Acest lucru a dovedit că aceste matrice de micro-supercondensatori se pot încărca și descărca eficient și pot conserva energia necesară pentru a alimenta un dispozitiv purtabil.

Cercetătorii au integrat, de asemenea, sistemul cu un nanogenerator triboelectric, o tehnologie în evoluție care convertește mișcarea mecanică în electricitate. Această combinație a creat un sistem auto-activat.

“Când avem acest modul de încărcare wireless bazat pe nanogeneratorul triboelectric, putem culege energie bazată pe mișcare, cum ar fi flexia cotului sau respirația și vorbirea”, a spus Cheng. „Suntem capabili să folosim aceste mișcări zilnice ale omului pentru a încărca micro-super condensatori.”

Combinând acest sistem integrat cu un senzor de deformare pe bază de grafen, rețelele de micro-super condensatoare economice de energie – încărcate de nano-generatoare triboelectrice – sunt capabile să alimenteze senzorul, a spus Cheng, arătând potențialul pe care îl are acest sistem. furnizați accesorii care pot fi purtate, care pot fi întinse. .

Referință: „Spume de grafen 3D pe bază de spumă de grafen all-in-one de mare energie, induse de laser, decorate cu nano-scară mezoporă ZnP pentru sisteme de extensor autoalimentate” de Cheng Zhang, Zhixiang Peng, Chunlei Huang, Bingwen Zhang, Chao Xing, Huamin Chen, Huanyu Cheng, Jun Wang și Shaolong Tang, 17 noiembrie 2020, Nano Energie.
DOI: 10.1016 / j.nanoen.2020.105609

Alți cercetători din acest proiect au fost Cheng Zeng, profesor asistent; Zhixiang Peng, asistent de cercetare; Chao Xing, conferențiar universitar; Huaming Chen, profesor asociat; Chunlei Huang, profesor asistent, și Jun Wang, profesor, toți la Universitatea Minjiang; Bingwen Zhang, profesor asistent la Laboratorul principal provincial Fujian pentru materiale sensibile funcționale marine de la Universitatea Minjiang; și Shaolong Tang, profesor de fizică, Universitatea Nanjing.

Fundația Națională pentru Științe Naturale din China; Comisia pentru educație pentru tineret din provincia Fujian; Fundația Națională a Științei din SUA; Institutul Național al SUA pentru Inimă, Plămân și Sânge al Institutului Național de Sănătate a susținut această lucrare.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Oamenii de știință dezvăluie cheia creșterii musculare adecvate

Analiza imunofluorescenței unui grup de celule stem proliferante asociate cu fibre musculare (gri). Celulele stem produc Dll1 (roșu) și MyoD (verde). Două...

ExoMars Orbiter surprinde fermitatea la locul de aterizare al craterului Mars Jezero

ESA-Roscosmos Trace Gas Orbiter a observat vehiculul NASA Perseverance Mars 2020, împreună cu o parașută și o carapace spate, un scut termic și o...

Reglarea cuantică în grafen avansează era comunicațiilor fără fir Terahertz de mare viteză

Tunelare cuantică. Credit: Daria Sokol / Biroul de presă MIPT Oamenii de știință de la MIPT, Universitatea Pedagogică de Stat din Moscova și Universitatea...

Un model agresiv bazat pe piață pentru dezvoltarea energiei de cuplare

Conceptul ARC Fusion Pilot Plant a fost dezvoltat la MIT ca o demonstrație a potențialului magneților supraconductori de temperatură înaltă de a reduce costurile...

Sug este mai important în cercetare decât potrivirea corectă a măștilor de față COVID

O echipă de cercetători care studiază eficacitatea diferitelor tipuri de măști de față a constatat că este cea mai bună protecție împotriva acesteia COVID-19,...

Newsletter

Subscribe to stay updated.