Alex, 16.11.2015

Кусочек ткани превратит ваше тело в электрогенератор

Носимые устройства уже заняли нишу следующего поколения мобильных гаджетов, от смарт-часов до умных кардиостимуляторов. Чтобы её было легко носить, такая электроника должна быть лёгкой, гибкой, её необходимо обеспечить портативным источником энергии и хорошей батареей. Или может батарею лучше заменить генератором?

Стабильное и надежное обеспечение энергией все еще остаётся одной из главных проблем в коммерциализации носимых устройств. Группа исследователей KAIST под предводительством профессора электроинженерии Бьюн Жин Чьо (Byung Jin Cho) предложила решение проблемы при помощи стеклотканевого термоэлектического генератора (ТЭГ).

Сегодня существуют два типа ТЭГ, которые были разработаны с использование органических и неорганических материалов. ТЭГ базирующийся на органике, использует полимеры, гибкие, как человеческая кожа и идеальные для носимых устройств. Их недостаток, тем не менее, заключается в сравнительно низкой мощности.В то же время, неорганические ТЭГ дают много энергии, но остаются тяжелыми, жесткими и весьма громоздкими.

Профессор Чьо предложил новый концепт устройства гибкого ТЭГ, дизайн которого минимизирует потери тепловой энергии. Вместе с командой они синтезировали полужидкие пасты n и p типа (Bi2Te3 и Sb2Te3) и перевели их на стеклоткань, используя трафаретную печать.

Застыв между нитей ткани пасты сформировали тонкие слои толщиной в несколько долей миллиметра. В результате сотни элементов ТЭГа были размещены в нужных местах стеклоткани.

Профессор Чьо сказал, что структура ТЭГ не нуждается в традиционных субстратах (обычно сделанных из керамики или оксида алюминия), которые содержатся в неорганических ТЭГ. Такие субстраты отнимали большую часть тепловой энергии, что было одной из причин низкой мощности устройства.

“В нашем случае стеклоткань сама служит верхним и нижним субстратом ТЭГ, содержащим неорганические материалы внутри. Это весьма необычный подход для дизайна генератора. Он позволит значительно снизить вес устройства (~0.13 г/см2), что весьма важно для носимой электроники.”

Генератор команды KAIST имеет размеры в 10х10 см и помещается на руку. При разнице температур между телом и окружающей средой в 18 градусов Цельсия, ТЭГ выдаёт мощность порядка 40 мВ.

Профессор Чьо подробно описал преимущества нового генератора:

“Наша разработка представляет собой простой способ созданий лёгкого, гибкого и эффективного генератора. Мы считаем, что эта технология найдёт своё применения и в более крупных системах, такие как автомобили, заводы, самолеты, корабли, везде, где тепловая энергия расходуется попусту.”

Результаты исследования были опубликованы в сети 14 марта в журнале “issue of Energy & Environmental Science” (проблемы энергии и наука о природопользовании). Статья была озаглавлена “Носимый Термоэлектрический Генератор на Основе Стеклоткани”.