Новости химической науки > Как превратить одежду в источник энергии

Исследователи из Великобритании, занимающиеся разработкой носимых бытовых электронных устройств, соткали гибкую и прочную ткань, которая по вырабатываемой энергии в два раза превосходит существующие типы аккумулирующих энергию тканей.

Исследователей давно привлекает возможность создания и исследования носимых аккумуляторов энергии, работающие за счет пьезоэлектрического эффекта. Такие системы могли бы конвертировать энергию, выделяющуюся при движении человека в электроэнергию, необходимую для питания устройств с низкой мощностью – например, беспроводных сенсоров для мониторинга физического состояния человека или бытовых электронных систем.

Известные к настоящему времени материалы такого типа, как правило, изготовлены с применением керамических материалов и поэтому отличаются небольшой гибкостью, их неудобно носить, а в ряде случаев для их изготовления применяются токсические вещества, содержащие, скажем, свинец. В состав существующих тканей аккумуляторов энергии также входят собирающие заряд металлические электроды, которые могут разрушиться после нескольких циклов использования. Таким образом, перспективной задачей является создание менее жестких материалов, обладающих достаточной механической прочностью и способных к многократному использованию, способных к беспроблемному инкорпорированию электродов.

Новая ткань состоит из двух разделенных проводящих покрытых серебром полиамидных текстильных фрагментов, объединенных с помощью спейсера из фторполивинилиденовой пряжи. (Рисунок из Energy Enivon. Sci., 2014, DOI: 101.1039/c3ee43987a)

Полимерные пьезоэлектрические волокна, созданные в группе Нанвит Суан (Navneet Soin) из Университета Болтона, отвечают всем перечисленным выше требованиям – они гибкие и прочные, и, к тому же, дают возможность дышать телу их носителя.

Из полученных волокон можно соткать трехмерную ткань, состоящую из двух разделенных элементов, каждый из которых представляет собой покрытый серебром полиамид (электроды), объединенных спейсером-пряжей из фторполивинилидена (пьезоэлектрический компонент). Сжатие ткани приводит к тому, что фторполивинилиденовый спейсер генерирует заряд, который собирается с помощью металлизированных полиамидных электродов. Волокна получают с помощью прядения из расплава, этот метод отличается большей экспрессностью, чем традиционное электропрядение, а также позволяет достичь большего выхода энергии.

Суньбум Хон (Seungbum Hong), специалист по наноматериалам из Аргоннской Национальной лаборатории (США) высоко оценивает дизайн новой системы для носимой электроники, надеясь, что ткани, способные к генерированию энергии за счет пьезоэлектрического эффекта, смогут быть коммерциализованы уже в ближайшее в будущее. Тем не менее, Хон добавляет, что необходимо полностью определить время жизни и работоспособности новых систем при различных температурах, а также насколько стабильно будет копить энергию новый пьезоэлектрический аккумулятор при частичном смачивании и полном погружении в воду – эти вопросы очень важны для того, чтобы понять, можно ли применять новую ткань в качестве материала для изготовления одежды.

В настоящее время плотность энергии, которую можно получить с помощью новой ткани составляет 1-5 мкВатт/см², что достаточно для обеспечения электроэнергией небольшого сенсорного устройства, однако исследователи уверены, что дальнейшая работа над новым материалом позволит увеличить его энергетическую эффективность, что даст возможность не только подпитывать с помощью одежды и собственных движений сенсоры, но и заряжать аккумуляторы портативных электронных устройств.

Источник: Energy Enivon. Sci., 2014, DOI: 101.1039/c3ee43987a

метки статьи: #нанотехнологии, #новые материалы, #химия полимеров, #электрохимия