A tudósok kifejlesztettek egy "szövetet," amely a test mozgását elektromossággá változtatja

A szingapúri Nanyang Technológiai Egyetem (NTU) tudósai egy nyújtható és vízálló "szövetet" fejlesztettek ki, amely a test mozgásá...

A szingapúri Nanyang Technológiai Egyetem (NTU) tudósai egy nyújtható és vízálló "szövetet" fejlesztettek ki, amely a test mozgásából származó energiát elektromos energiává alakítja át.

A szövet döntő fontosságú összetevője egy polimer, amely préselve vagy összenyomva a mechanikai igénybevételt elektromos energiává alakítja. Alaprétegként nyújtható spandexből készült, és gumiszerű anyaggal van beépítve, hogy erős, rugalmas és vízálló legyen.

Az Advanced Materials tudományos folyóiratban áprilisban ismertetett koncepció bizonyítási kísérletben az NTU szingapúri csapata kimutatta, hogy az új szövet 3×4 cm-es darabjának megérintésével 100 LED világításához elegendő elektromos energia keletkezett. (1)

Az anyag mosása, hajtogatása és gyűrődése nem okozott teljesítményromlást, és akár öt hónapig is stabil elektromos teljesítményt tudott fenntartani, bizonyítva, hogy intelligens textil- és hordható áramforrásként használható. (2)

Lee Pooi See anyagtudós és az NTU professzora, a tanulmányt vezető egyetemi tanár a következőket mondta: "Sok kísérlet történt olyan szövet vagy ruházat kifejlesztésére, amely képes energiát gyűjteni a mozgásból, de nagy kihívást jelentett valami olyan kifejlesztése, aminek mosás után nem romlik le a funkciója, ugyanakkor megőrzi kiváló elektromos teljesítményét. Vizsgálatunk során kimutattuk, hogy a prototípusunk mosás és gyűrődés után is jól működik. Úgy gondoljuk, hogy pólóba szőhető, vagy beépíthető cipőtalpakba, hogy energiát gyűjtsenek a test legkisebb mozdulataiból, áramot vezetve a mobileszközökhöz."

Alternatív energiaforrás gyűjtése

Az NTU csapata által kifejlesztett áramtermelő szövet egy olyan energiagyűjtő eszköz, amely a mindennapi élet legkisebb testmozdulataiból származó rezgéseket is elektromossággá alakítja.

A prototípus szövet kétféleképpen termel elektromosságot: amikor összenyomják vagy összepréselik (piezoelektromosság), és amikor érintkezik vagy súrlódik más anyagokkal, például bőrrel vagy gumikesztyűkkel (triboelektromos hatás).

A prototípus elkészítéséhez a tudósok először egy nyújtható elektródát készítettek egy ezüstből és sztirol-etilén-butilén-sztirolból (SEBS-ből) álló "tintával" szitanyomással. Ez a gumiszerű anyag a rágókákban és a kormányok markolatában található, hogy jobban nyújthatók és vízállók legyenek.

Ezt a nyújtható elektródát ezután egy nanoszálas szövetdarabhoz rögzítik, amely két fő összetevőből áll: poli(vinilidén-fluorid)-ko-hexafluorpropilén (PVDF-HPF), egy polimer, amely összenyomva, hajlítva vagy nyújtva elektromos töltést hoz létre, és ólommentes perovszkit, ami ígéretes anyag a napelemek és LED-ek területén.

Jiang Feng, az NTU PhD hallgatója, aki a kutatócsoport tagja, elmagyarázta: "A perovszkit PVDF-HPF-be ágyazása növeli a prototípus elektromos teljesítményét. Tanulmányunkban az ólommentes perovszkitokat választottuk környezetbarátabb megoldásként. Míg a perovszkit természeténél fogva törékeny, a PVDF-HPF-be integrálva a perovszkitok kivételes mechanikai tartósságot és rugalmasságot biztosítanak. A PVDF-HPF emellett extra védelmet nyújt a perovszkitoknak, növelve annak mechanikai tulajdonságait és stabilitását."

Az eredmény egy prototípus szövet, amely 2,34 wattot termel négyzetméterenként, ami elegendő kis elektronikai eszközök, például LED-ek és kereskedelmi kondenzátorok táplálására.

A koncepció igazolása

A prototípus szövetük működésének demonstrálására az NTU tudósai megmutatták, hogy egy kézzel megütögetett 3x4 cm-es szövetdarab hogyan képes 100 LED-et táplálni, vagy különféle kondenzátorokat tölteni, amelyek elektromos energiát tárolnak és megtalálhatók a készülékekben, például a mobiltelefonokban.

Az anyag jó tartósságot és stabilitást mutatott - elektromos tulajdonságai nem romlottak a mosás, hajtogatás és gyűrődés után, és folyamatos, stabil elektromos teljesítményt produkált öt hónapig.

A tudósok kimutatták, hogy szövetük számos emberi mozgásból származó energiát képes hasznosítani azáltal, hogy a karhoz, lábhoz, kézhez és könyökhöz, valamint a cipők talpbetétéhez rögzítik anélkül, hogy befolyásolná a mozgást.

Lee professzor elmondta: "A megnövekedett akkumulátorkapacitás és a csökkentett energiaigény ellenére a hordható eszközök áramforrásait továbbra is gyakran kell cserélni. Eredményeink azt mutatják, hogy az energiagyűjtő prototípus szövetünk képes kihasználni az emberből származó vibrációs energiát, hogy potenciálisan meghosszabbítsa az akkumulátor élettartamát vagy akár saját meghajtású rendszerek építésére is alkalmas. Tudomásunk szerint ez az első hibrid perovszkit alapú energiaeszköz, amely stabil, nyújtható, lélegző, vízálló, ugyanakkor kiemelkedő elektromos teljesítményt nyújt."

Ez a szövet alapú energiagyűjtő prototípus az NTU csapatának azon munkájára épül, amely azt vizsgálja, hogyan lehetne a környezetben termelt energiát hasznosítani. A csapat például a közelmúltban kifejlesztett egy olyan fóliát, amelyet potenciálisan tetőkre vagy falakra lehet felhelyezni, hogy hasznosítsák a fóliát érő szél vagy esőcseppek energiáját.

A csapat most azt vizsgálja, hogyan lehetne ugyanezt a szövetet adaptálni különböző energiaformák begyűjtésére. (3)

(1) - https://www3.ntu.edu.sg/CorpComms2/
(2) - https://www.ntu.edu.sg/news/detail/new
(3) - https://www.sciencedaily.com/releases/