Международная группа исследователей во главе с учеными из Университета штата Пенсильвания (США) разработала эластичную систему, которая собирает энергию от дыхания и движения человека, чтобы заряжать «умные» носимые устройства – например, фитнес-браслеты, сообщает портал EurekAlert!. Выводы ученых опубликованы в журнале Nano Energy.
По словам авторов работы, современные версии батарей и суперконденсаторов, питающих носимые и растягиваемые устройства для контроля и диагностики состояния здоровья, имеют множество недостатков, включая низкую плотность энергии и недостаточную эластичность.
Альтернативой батареям являются микро-суперконденсаторы – устройства накопления энергии, которые могут дополнять или заменять литий-ионные батареи в носимых устройствах. Из преимуществ: иикро-суперконденсаторы небольшого размера, обладают высокой удельной мощностью. Из недостатков: они имеют «многослойную» сложенную геометрию, поэтому эти источники энергии плохо растягиваются, из-за чего их сложно соединить с носимой электроникой.
Поэтому ученые решили исследовать альтернативные архитектуры устройств. Они обнаружили, что расположение ячеек микро-суперконденсаторов «змейкой» позволяет конфигурации растягиваться и изгибаться в мостиках – местах, которые соединяют ячейки. При этом главные элементы микро-суперконденсаторов меньше деформируются.
Чтобы создать такую «решетку», исследователи использовали ультратонкие нанолисты цинк-фосфор и трехмерную лазерно-индуцированную графеновую пену – высокопористый самонагревающийся наноматериал. Также команда заметно улучшила электрическую проводимость зарядного устройства. Это доказало, что массивы суперконденсаторов могут эффективно накапливать энергию, необходимую для питания носимого устройства.
Разработчики пошли еще дальше – и дополнили новую систему технологией, которая преобразует механическое движение пользователя в электрическую энергию. Такая комбинация создала систему с автономным питанием.
«Когда у нас есть этот модуль беспроводной зарядки, основанный на трибоэлектрическом наногенераторе, мы можем собирать энергию от движения пользователя – например, сгибания локтя, дыхания или речи», – отмечают авторы.
[Фото: PENN STATE COLLEGE OF ENGINEERING]
