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saTENG可以解决可穿戴设备供电问题吗?

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对于没有电池的可穿戴设备供电一直是开发人员的问题。自适应摩擦发电机(saTENG)可能是解决方案。

在过去二十年中,物联网设备发生了巨大转变。这导致需要移动电源的设备大量增加。

解决移动电源需求的传统方法是制造电池,其具有与之相关的一些问题。电池的可持续性有限,随着时间的推移需要更换。如果设备只需要几块电池来保持电力,那么更换它们可能并不困难; 但是,设备需要的电池越多,更换它们的任务就越困难。由于化学品电池用于产生电力,电池还可能潜在地引起环境问题。

到目前为止,电池存在的限制导致开发转向消耗少量电力的设备。然而,他们也对使用电池替代品的设备产生了研究需求,例如从周围环境中获取能量的自供电系统。这种新兴趣导致了向微米和纳米电源的转变。

2012年发明的一种这样的能量收集电源已经进行了升级,可以帮助解决为可穿戴设备供电的问题。

 

利用摩擦电效应

2012年,发明了一种新型静电发生器,称为摩擦纳米发电机 - 简称TENG。从那时起,最初的研究人员王林林和他的佐治亚理工学院的同事一直在不断研究这项技术,寻求更高的效率,适应性以及生产资料。

 

一个TENG单位。图片由佐治亚理工学院提供。

 

TENG基于摩擦电效应的原理,摩擦电效应是一种通过接触摩擦产生电的方法,也称为接触电气化。

一组材料可以“摩擦”在一起,产生摩擦接触,导致电子从每种材料中的原子转移。不同材料(例如毛皮和玻璃)的电子亲和力将导致两种材料交换电子。由于玻璃具有更高的亲和力,它将带正电; 并且毛皮将获得负电荷,因为它将在接触后获得过量的电子ICfans

2012年,最初的研究团队以一种通过将它们压在一起发电的方式安排材料。这些材料设计有交替的脊,将它们缠绕在一起,最终利用摩擦的机械能发电。TENG技术的能量转换率在50-85%之间。然而,该技术仅限于在刚性和刚性 - 柔性电路中使用。

最近,该研究进一步推广,用于柔性和任意表面电子产品。

 

Gif由Electro Static Technology提供。

 

自适应滕(赛腾)

乔治亚理工学院的研究人员更进了一步,创造了一种新型的TENG,他们创造了自适应TENG(saTENG)。新方法大大提高了能量采集器的可拉伸性,变形能力和可扩展性。

研究团队不使用TENG的固体基纳米发电机材料,而是使用导电液体电极和弹性聚合物覆盖材料。液体电极与弹性盖相结合,使新适应的saTENG的应变能力提高到300%以上而不会降低电气性能。

该装置还能够使用水作为电极,显着扩大了该装置的发展领域和潜在的前景。

该单元主要由含有液体电极的橡胶层组成。

 

代表一个基本的saTENG单位。图片由Journal of Science Advances提供。

 

可穿戴能量收集

saTENG还能够以各种不同的操作模式运行,从独立模式,单电极模式和附加电极模式(接触和滑动)变化。当摩擦电部件在接触时垂直移位并在滑动模式下水平移动时,它们产生电势差,迫使电子流过器件负载。

进行了各种模拟和测试,取得了非凡的成果。研究小组测试了该设备的应用范围,包括将saTENG单元连接到人的手腕。saTENG能够非常令人印象深刻地使用移动部件,因为它能够通过收获敲击运动的机械能来驱动80多个LED。 

 

saTENG作为能量收获可穿戴。图片由Journal of Science Advances提供。

 

在每次演示中,由于我们的自然尺寸和导电性,研究人员使用普通自来水作为电极和人体作为地面。这些设备还能够利用机械运动产生的能量并将其存储在电池和电容器中。

 

图片由  Journal of Science Advances提供。

 

saTENG不仅被用作可穿戴能源设备,还被用作流动水的能量收集器。该研究令人印象深刻地扩大了设计便利性,并显着增加了从生物医学传感器到能量采集器的制造机会。