Новая мембрана может существенно улучшить носимые генераторы энергии

Согласно недавнему исследованию, опубликованному в журнале  Nano Energy, ученые создали новую мембрану — или трибоэлектрическую ткань — способную генерировать энергию от движений тела, сохраняя при этом гибкость и воздухопроницаемость современной одежды .

Пока эта технология может питать только светодиодные фонари и калькуляторы, но это значительный шаг к будущему носимых устройств.

Электроразрядные волокна могут удерживать и поддерживать носимый заряд

Технология, лежащая в основе новой ткани, называется трибоэлектрическими наногенераторами (TENG), и ключевым достижением в этом стало преодоление распространенных препятствий, с которыми сталкиваются носимые зарядные устройства: обилие дискомфорта, недостаточная воздухопроницаемость и жесткость.

В ответ на это группа ученых из Китая и Японии успешно разработала новый многослойный TENG, используя уникальные свойства волокон. Они также вставили нанопроволоки и слой накопителя заряда из полистирола, чтобы противостоять рассеиванию мощности. Согласно релизу, это обеспечивает как более высокие электрические характеристики, так и улучшенную износостойкость. Трибоэлектрический эффект является ключом к зарядке от движения тела, которое происходит, когда два разнородных материала удаляются друг от друга после контакта.

«Компактность TENG позволяет использовать их в качестве носимых устройств, которые могут использовать движение тела для питания электроники», — говорится в пресс-релизе, предоставленном IE. «Поскольку они носимые, акцент делается на свойствах ткани (таких как комфорт материала) и способности наногенераторов переносить заряд». Как правило, трибоэлектрические материалы, выбранные для наногенератора, совершенно безопасны для ношения людьми (это также называется биосовместимостью). Электросрядные волокна обладают большим потенциалом для ношения, поскольку они прочные, не очень много весят и обладают полезными электрическими свойствами.

Инфографика, показывающая, как слои новой мембраны сочетаются с более традиционной технологией. Источник: Университет Фукуи.

Носимые технологии находятся на подъеме

И в поисках способов добиться этого, исследователи из Нанкинского университета в Китае и из Фукуи, Япония, разработали цельноволокнистый композитный слой TENG (AF-TENG), который легко интегрируется с обычной тканью.

«В своей работе мы стремимся представить новую точку зрения на носимые устройства для сбора энергии и интеллектуальный текстиль», — сказал в пресс-релизе Хироаки Сакамото, автор исследования. AF-TENG содержит два слоя электропряденых волокон. Один из них представляет собой разновидность нейлона, а другой называется поливинилиденфторидом (PVDF). Эти два слоя покрыты серебряными нанопроводами, которые дополнительно усилены электропряденым полистиролом, помещенным между трибоэлектрической мембраной и серебряными нанопроводами. При ношении новой сложной мембраны механическое движение тела (при ходьбе или беге) механическая энергия преобразуется в электрическую, которую можно использовать для питания электронных устройств», — добавили в пресс-релизе.

Для большинства устройств на основе трибоэлектриков материал теряет заряд, снижая производительность наногенератора . Но, добавив полистироловую мембрану, ученые наделили устройство способностью собирать и «улавливать» заряд.

В ходе исследования ученые использовали AF-TENG для питания 136 светодиодов коммерческого класса (каждый по 0,06 Вт), чтобы доказать жизнеспособность наногенератора. И еще кое-что: «Это устройство демонстрирует большой потенциал в снятии статического электричества с нашей одежды», — сказал Сакамото в пресс-релизе.

Новая мембрана представляет собой существенный шаг к будущему носимых приложений, которые в конечном итоге могут привести в действие что-то гораздо более сложное, чем светодиоды.

 

Будьте в курсе в удобном формате, присоединяйтесь: TG-канал и ВК