Recoltarea energiei din temperatura pielii pentru electronice ieftine, fără baterii

Ilustrație conceptuală a unui electrod moale compatibil TEG și a unui conductor de căldură moale (s-HC) pentru aplicații de circuite autoalimentate. Stratul stâng este o fotografie a piciorului termoelectric (TE) bazată pe teluridă bismut (Bi2Te3), iar stratul drept este o imagine optică a unei secțiuni transversale conforme TEG. Benzi de cântare, 5 și 1 mm. Credit: Institutul Coreean de Știință și Tehnologie (KIST)

Dezvoltarea dispozitivelor termoelectrice flexibile cu flexibilitate maximă și eficiență ridicată; permițând producția de masă cu randament ridicat prin proces automatizat, comercializarea echipamentelor autoportante.

Un dispozitiv termoelectric este un dispozitiv de conversie a energiei care folosește tensiunea generată de diferența de temperatură dintre cele două capete ale unui material; este capabil să transforme energia termică, cum ar fi căldura reziduală de la siturile industriale, în energie electrică care poate fi utilizată în viața de zi cu zi. Dispozitivele termoelectrice existente sunt solide, deoarece constau din electrozi solizi pe bază de metal și semiconductori, împiedicând absorbția completă a surselor de căldură de pe suprafețe inegale. Prin urmare, studii recente au fost efectuate în mod activ asupra dezvoltării dispozitivelor termoelectrice flexibile capabile să genereze energie în contact strâns cu diferite surse de căldură, cum ar fi piei umane și conductele de apă caldă.

Institutul Coreean de Știință și Tehnologie (CUTIE) a anunțat că o echipă de cercetare colaborativă condusă de Dr. Seungjun Chung de la Centrul de cercetare a materialelor moi hibride și profesorul Yongtaek Hong de la Departamentul de inginerie electrică și informatică de la Universitatea Națională din Seul (SNU, președintele OH Se-Jung) au dezvoltat dispozitive termoelectrice flexibile cu generare de energie de înaltă performanță folosind generarea de energie ridicată și eficiența transferului de căldură. Echipa de cercetare a prezentat, de asemenea, un plan de producție în masă printr-un proces automat care include un proces de imprimare.

Mănuși de avertizare la suprafață fierbinte

Ilustrație schematică a mănușilor de avertizare la suprafață fierbinte cu un sistem LED autoalimentat și pachete ușoare de camuflaj. Fotografii care arată o demonstrație a mănușilor atașate TEG atunci când sunt folosite pentru a captura diferite obiecte fierbinți, cum ar fi o sticlă și un ceainic. Adăugările arată o prezentare generală îmbunătățită a sistemului și pachete auto-activate. Contactul conform între mănușile conectate la TEG și suprafețele 3D ale surselor de căldură are ca rezultat un semn luminos „H” fără asistență din partea unei surse de alimentare externe. Benzi de scară, 5, 5 cm și 5 mm. Credit: Institutul Coreean de Știință și Tehnologie (KIST)

În ceea ce privește substraturile existente utilizate pentru cercetarea dispozitivelor termoelectrice flexibile, eficiența lor de transfer de căldură este scăzută ca urmare a conductivității termice foarte scăzute. Eficiența lor de absorbție a căldurii este, de asemenea, scăzută din cauza lipsei de flexibilitate, formând un strat de scut termic, de exemplu, aer, atunci când este în contact cu o sursă de căldură. Pentru a rezolva această problemă, dispozitivele termoelectrice bazate pe material organic cu flexibilitate ridicată au fost în curs de dezvoltare, dar aplicarea lor pe unelte portabile nu este ușoară datorită performanțelor sale semnificativ mai mici comparativ cu echipamentele existente. solide termoelectrice pe bază de material anorganic.

Seungjun Chung

Dr. Seungjun Chung de la Centrul de cercetare a materialelor hibride moi, KIST. Credit: Institutul Coreean de Știință și Tehnologie (KIST)

Echipa de cercetare menționată mai sus a îmbunătățit flexibilitatea în timp ce a scăzut rezistența dispozitivului termoelectric prin conectarea unui dispozitiv termoelectric de înaltă performanță pe bază de material anorganic la un substrat întins compus din sârmă nano de argint. Dispozitivul termoelectric dezvoltat a prezentat o flexibilitate excelentă, permițând astfel o funcționare stabilă chiar și atunci când este aplecat sau culcat. În plus, particule metalice cu conductivitate termică ridicată au fost introduse în substratul întins pentru a crește capacitatea de transfer de căldură cu 800% (1,4 W / mK) și generarea de energie cu un factor mai mare de trei. (Când diferența de temperatură a fost de 40? Sau mai mult între cele două capete ale dispozitivului termoelectric dezvoltat, s-a generat 7 mW / cm2 de electricitate. Când s-a lipit de pielea umană, 7 μW / cm2 de electricitate a fost generată doar de temperatura corpului .) În același timp, cercetătorii au automatizat întregul proces complex, de la procesul de platformă moale până la dezvoltarea dispozitivului termoelectric, permițând astfel producția în masă a dispozitivului.

Dispozitivul dezvoltat poate fi utilizat ca senzor de temperatură ridicată în situri industriale sau ca senzor de detectare a distanței fără baterii pentru conducerea autonomă utilizând schimbarea temperaturii în interiorul și în exteriorul unei mașini. În consecință, se așteaptă ca dispozitivul să poată rezolva problema sursei de alimentare pentru un sistem de senzori pe bază de baterie, care prezintă un risc de explozie în medii cu temperatură ridicată.

Dr. Seungjun Chung, împreună cu KIST, a declarat: „Această cercetare a arătat că este posibil să se utilizeze îmbrăcăminte cum ar fi mănuși cu senzor de temperatură ridicată folosind surse de căldură externe. Mergând mai departe, vom dezvolta o platformă termoelectrică flexibilă care poate funcționa cu instrumente care se îmbracă doar la temperatura corpului. El a continuat: „Rezultatele cercetărilor noastre sunt semnificative prin faptul că materialul compozit funcțional, platforma dispozitivului termoelectric și procesul automatizat de înaltă performanță dezvoltat în acest studiu vor putea contribui la comercializarea îmbrăcăminte fără baterii în viitor. ”

Referință: „Generatoare termoelectrice compatibile de înaltă performanță cu conductori termici moi asamblați magnetic pentru dispozitive electronice autonome” de Byeongmoon Lee, Hyeon Cho, Kyung Tae Park, Jin-Sang Kim, Min Park, Heesuk Kim, Yongtaek Hong și Seungjun Chung, 23 noiembrie 2020, Comunicări despre natură.
DOI: 10.1038 / s41467-020-19756-z

Această cercetare a fost susținută de Ministerul Științei și TIC (MSIT) și a fost realizată ca parte a programului instituțional de cercetare și dezvoltare KIST, al Fundației Naționale de Cercetare Coreene, Programul de descoperire a materialelor creative, al proiectului de cercetare pentru convergența creativă și al proiectului Global Boundary Rezultatele cercetării au fost publicate în ultimul număr al revistei internaționale Comunicări despre natură (NFSE: 12.121).

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Procesul de tratament în rara morgă „carapace noroioase” a mumiei egiptene a fost expus – acesta este un caz de eroare

O figură mumificată și un sicriu în colecția Nicholson a Muzeului Aripii Chau Chuck de la Universitatea din Sydney. O persoană mumificată înfășurată...

Praful de asteroizi găsit în crater închide cazul care a ucis dinozaurii

Cercetătorii cred că au închis cazul în care dinozaurii au fost uciși și au legat definitiv dispariția lor de un asteroid care a lovit...

Noua descoperire poate explica asimetria confuză a protonului

Reprezentarea grafică a protonului. Sferele mari reprezintă cele trei quarcuri de valență, sferele mici reprezintă celelalte quarkuri care formează protonul, iar arcurile reprezintă...

Detectarea COVID-19 cu un autocolant pe piele

Inginerii Universității din Missouri promovează piața comercială a bioelectronicii îmbrăcate prin dezvoltarea unui plan de producție la scară largă pentru un dispozitiv personalizabil capabil...

Instrument gratuit de bioinformatică pentru a repeta repetițiile simple ale genotipului digital

SSRgenotyper este un instrument de bioinformatică nou dezvoltat, care permite cercetătorilor să genotipeze digital populațiile în serie folosind repetări de secvențe simple (SSR), o...

Newsletter

Subscribe to stay updated.