Ученые создают генератор на запястье

Аккумуляторные батареи — беда носимой электроники. Редкий смартфон сможет протянуть без подзарядки целый день, если им хотя бы иногда пользуются по назначению. В поисках надёжного источника питания для носимых устройств, группа корейских исследователей обратила внимание на тепло человеческого тела. Профессор Бен Джин Чо (Byung Jin Cho) из Корейского передового института науки и технологии (Korea Advanced Institute of Science and Technology, KAIST) вместе с коллегами представил нательный источник энергии, использующий термоэлектрический эффект. По мнению исследователей, их гибкий термоэлектрический генератор энергии может стать действенным способом поддержания работоспособности носимых устройств длительное время. Команда разработала термоэлемент в виде полосы, который вырабатывает электричество из тепла человеческого тела.

Требования пользователей к носимой электронике хорошо известны. Она должна быть лёгкой, гибкой и оснащена надёжным и долговечным источником питания. До сих пор в этой роли выступали аккумуляторные батареи, но корейские исследователи уверены, что о них можно забыть, если использовать их устройство. Термоэлектрические генераторы, минимизирующие бесполезную потерю тепла — не новинка, о чём свидетельствует видеоиллюстрация к статье. Как отмечается в релизе KAIST, на сегодняшний день известно две их разновидности.

Органические термогенераторы построены на гибких полимерах, и хорошо совмещаются с поверхностью кожи человека. В качестве источников энергии для носимых устройств полимеры были бы идеальными, если бы не их низкая выходная мощность. В противовес полимерам, термоэлектрические генераторы на неорганической основе способны вырабатывать достаточно энергии, но они тяжелы и громоздки.

Команде KAIST удалось совместить несовместимое. Их термоэлемент на стекловолоконной основе лёгкий и эффективный одновременно. Как пояснил профессор Чо: «Стеклоткань служит верхней и нижней основой термоэлектрического генератора, оберегая неорганический материал в середине. Это революционный подход к конструкции. При этом мы смогли значительно уменьшить вес (примерно 0,13 г/см²), что является важным фактором для носимой электроники».

Новый термоэлектрический генератор может быть многократно изогнут. После 120 сгибаний он по прежнему сохраняет высокую производительность. Допустимый радиус изгиба — 20 мм. Для генератора исследователи разработали два вида желеподобной пасты, n-типа на основе теллурида висмута Bi2Te3 и p-типа на основе теллурида сурьмы Sb2Te3 и нанесли пасту на стеклоткань. Пропитав ячейки ткани, она образует плёнку термоэлектрического материала толщиной в несколько сотен микрон. Плотность мощности нового гибкого термоэлектрического генератора в десятки раз выше, чем у известных аналогов. При размерах 10х10 см он способен вырабатывать электричество мощностью 40 мВт при разнице температуры окружающей среды и тела около 31^oF (примерно 17^oC).