В статье, опубликованной в npj Flexible Electronics, исследователи из штата Северная Каролина сообщают о значительных улучшениях в предотвращении утечки тепла в гибком сборщике тепла тела, о котором они впервые сообщили в 2017 году и обновили в 2020 году. Комбайны используют тепловую энергию человеческого тела для питания носимых устройств – подумайте об умных часах, которые измеряют вашу частоту сердечных сокращений, кислород в крови, глюкозу и другие параметры здоровья – которые никогда не нуждаются в подзарядке батарей.
Технология основана на тех же принципах, что и жесткие термоэлектрические комбайны, преобразующие тепло в электрическую энергию.
Гибкие комбайны, соответствующие человеческому телу, очень востребованы для использования с носимыми технологиями.
Мехмет Озтюрк, профессор электротехники и вычислительной техники штата Северная Каролина и автор статьи, упомянул превосходный контакт кожи с гибкими устройствами, а также соображения эргономики и комфорта пользователя устройства в качестве основных причин создания гибких термоэлектрических генераторов. , или ТЭГ.
Однако производительность и эффективность гибких харвестеров исторически значительно уступают жестким устройствам, которые превосходят по своей способности преобразовывать тепло тела в полезную энергию.
В испытательном ТЭГ штата Северная Каролина, о котором впервые сообщалось в 2017 году, использовались полупроводниковые элементы, которые были электрически соединены последовательно с помощью межсоединений из жидкого металла, изготовленных из EGaIn – нетоксичного сплава галлия и индия. EGaIn обеспечивает как металлопроводность, так и способность к растяжению.
Все устройство было залито эластичным силиконовым эластомером.
В обновленном устройстве, о котором сообщалось в 2020 году, использовалась та же архитектура, но значительно улучшена теплотехника предыдущей версии, при этом увеличена плотность полупроводниковых элементов, ответственных за преобразование тепла в электричество.
Одним из улучшений стал силиконовый эластомер с высокой теплопроводностью – по сути, разновидность резины – который инкапсулирует межсоединения EGaIn.
В новейшей версии к силиконовому эластомеру добавляются хлопья аэрогеля для снижения теплопроводности эластомера. Результаты экспериментов показали, что это нововведение уменьшило утечку тепла через эластомер вдвое.
«Добавление аэрогеля предотвращает утечку тепла между термоэлектрическими« ножками »устройства», – сказал Озтюрк. "Чем выше утечка тепла, тем ниже температура в устройстве, что приводит к снижению выходной мощности.
«Гибкое устройство, описанное в этой статье, работает на порядок лучше, чем устройство, о котором мы сообщали в 2017 году, и продолжает приближаться к производительности жестких устройств», – добавил Озтюрк.
Озтюрк сказал, что одна из сильных сторон технологии, запатентованной NC State, заключается в том, что в ней используются те же самые полупроводниковые элементы, которые используются в жестких устройствах, которые были усовершенствованы после десятилетий исследований. Такой подход также предоставляет существующим производителям жестких термоэлектрических модулей недорогую возможность выйти на рынок гибких термоэлектрических устройств.
Он добавил, что его лаборатория по-прежнему будет сосредоточена на повышении эффективности этих гибких устройств.