Термоэлектрический генератор на стеклоткани для носимых электронных устройств

Носимые компьютеры или приборы, такие как умные часы, очки и кардиостимуляторы, являются мобильными электронными гаджетами. Электронные устройства, которые носит пользователь, должны быть легкими, гибкими, оборудоваться источником электропитания, который также должен быть портативным, с долго работающей батареей или без нее, но с генератором. Также для носимых устройств одной из важнейших проблем является наличие стабильного и надежного источника электропитания.

Команда исследователей KAIST, возглавляемая Баюнг Джин Чо (Byung Jin Cho), профессором электротехники, предложила решение этой проблемы, разработав термоэлектрический генератор (TE) на основе стеклоткани, который является очень легким и гибким. Данный генератор вырабатывает электричество от тепла тела человека. Фактически он такой гибкий, что обеспечивает радиус сгибания генератора величиной 20 мм. Это не влияет на производительность, даже если генератор согнуть и разогнуть до 120 раз.

До настоящего времени были разработаны два типа генераторов на основе органических или неорганических материалов. ТЕ генераторы на основе органических материалов используют очень гибкие полимеры совместимые с кожей человека и являются идеальными для носимых устройств. Однако полимеры имеют низкую выходную мощность. Полимеры на основе неорганических материалов вырабатывают высокую электрическую энергию, но являются тяжелыми, жесткими и громоздкими.

Профессор Чо (Cho) предложил новую концепцию и метод проектирования для изготовления гибкого TE генератора, который минимизирует потери тепловой энергии и максимально увеличивает выходную мощность. Его команда синтезировала жидкоподобную массу TE материалов n-типа (Bi2Te3) и p-типа (Sb2Te3) и нанесла их на стеклоткань с помощью технологии трафаретной печати. Масса проникла через ячейки ткани и сформировала пленки TE материалов толщиной несколько сотен микрон. В результате были нанесены и правильно расположены сотни капель TE материала (комбинации n и p типа) на специфической области стеклоткани.

Профессор Чо (Cho) объяснил, что его TE генератор имеет самоподдерживающую структуру, без толстых внешних субстратов (обычно изготавливаемых из керамики или оксида алюминия), которые удерживают неорганические TE материалы. Эти субстраты отводят большую часть тепловой энергии – а это серьезная проблема, которая в результате приводит к низкой выходной мощности.

Он также продолжил: "В нашем случае стеклоткань сама выступает в качестве верхних и нижних субстратов TE генератора, удерживая неорганические TE материалы между ними. Это является революционным подходом для разработки генератора. Данный метод обеспечивает значительное снижение веса нашего генератора (~0.13г/см2), который является основным элементом носимых электронных устройств".

TE генератор KAIST (размер 10 см x 10 см) для носимых на запястье устройств вырабатывает около 40 мВт электрической мощности на основании разницы температуры 31 °F между кожей человека и окружающим воздухом.

Источник новости