Новости химической науки > Как подпитывать электронику своим теплом

В обозримом будущем аккумуляторы или заменяемые батарейки, которые используются для питания бытовой и носимой электроники могут быть заменены термоэлектрическим генератором, который преобразует тепло тело человека в электроэнергию.

Расширение рынка электроники обуславливает необходимость постоянной разработки новых способов электропитания устройств, в особенности – таких как умные часты и портативные нательные сенсоры медицинского назначения. Несмотря на всю привлекательность концепции подзарядки или питания таких устройств за счет самого их носителя, существующие в настоящее время термоэлектрические генераторы на основе органических веществ дают такое количество энергии, которого пока еще недостаточно для питания портативных электронных устройств различного назначения.

В то же время термоэлектрические генераторы на основе неорганических систем, о создании которых уже сообщалось ранее, представляют собой громоздкие и жесткие устройства, керамические компоненты которых увеличивают рассеивание тепла, что понижает генерируемую ими мощность и понижает степень конверсии тепла в электроэнергию. Термоэлектрический генератор, разработанный в группе Бюн Цзинь Чо (Byung Jin Cho) построен с помощью стеклянной ткани, которая позволила сконструировать термоэлектрический генератор, который тоньше, легче и гибче существующих к настоящему времени устройств подобного рода.

Многократное перегибание не является проблемой для этого носимого термоэлектрического генератора. (Рисунок из Energy Environ. Sci., 2014, DOI: 10.1039/c4ee00242c)

Для получения термоэлектрических генераторов нового типа на стеклоткань наносили полупроводниковые материалы n-типа (Bi₂Fe₃) и p-типа (Sb₂Te₃) таким образом, чтобы получить пятна диаметром 1,5 мм и толщиной около 500 мкм. На следующем этапе стеклянные волокна обрабатывают полидиметилсилоксаном, который, формируя пленку, удерживает всю структуру в целостности. Такой дизайн позволяет избежать применения дополнительной подложки и, как следствие, значительного рассеивания конвертируемой тепловой энергии.

Новое устройство отличается в выгодную сторону тем, что оно мало весит (около 0.13г/см₂), а также отличается своей гибкостью. Испытания показали, что термоэлектрогенератор не теряет своей эффективности при многократных сгибаниях и вполне может эксплуатироваться на таких неровных с точки зрения технологии поверхностях, как поверхность руки или ноли человека. Для нормальной работы на участке кожи площадью 10 на 10 сантиметров для нормальной работы термоэлектрогенератора требуется температурный градиент в 10К. Чо и его коллеги надеются, что носимые гибкие термоэлектрические генераторы в скором времени могут появиться на рынке электроники.

Альберт Таранцон (Albert Tarancón) из Института Исследования Энергетики Каталонии (Испания) положительно оценивает результаты, полученные в работе Чо. Он отмечает, что простой и масштабируемый процесс производства таких термоэлектрических систем открывает широкие перспективы их коммерциализации, равно как и коммерциализации носимой электроники различного функционального назначения.

Источник: Energy Environ. Sci., 2014, DOI: 10.1039/c4ee00242c

метки статьи: #нанотехнологии, #неорганическая химия, #химия полимеров, #электрохимия