Yeni esnek yakıt hücresi: Giyilebilir cihazlara güç sağlamak için ter kullanın!
Kılavuz
Son zamanlarda, California Üniversitesi, San Diego'daki bir mühendis ekibi, LED'ler ve Bluetooth adaptörleri gibi elektronik ürünlere güç sağlamak için terden enerji çekebilen geri çekilebilir bir yakıt hücresi geliştirdi. Gelecekte, bir dizi giyilebilir cihaza güç vermesi bekleniyor.
Anahtar kelime
Esnek, giyilebilir teknoloji, pil
arka fon
Giyilebilir cihaz, vücuda takılabilen veya kıyafetlere ve aksesuarlara entegre edilebilen taşınabilir bir elektronik cihazı ifade eder. Şu anda, giyilebilir cihazlar endüstrinin odaklandığı bir başka sıcak alan haline geldi. İster yabancı Apple, Google, Microsoft, ister yerli Huawei, Xiaomi ve Meizu olsun, teknoloji devleri kendi giyilebilir elektronik ürünlerini piyasaya sürdü.
Bu giyilebilir ürünler şunları içerir: akıllı kumaşlar, akıllı görünümler, akıllı bilezikler, akıllı saatler, akıllı yamalar, akıllı eldivenler vb. Giyilebilir ürün türleri çok zengindir ve işlevler, insan-bilgisayar etkileşimi, konumlandırma çağrıları, spor izleme, sağlık teşhisi vb. Dahil olmak üzere giderek daha çeşitli hale gelmektedir.
Teknolojinin gelişmesiyle birlikte, esnek elektronikler giyilebilir cihazlara yeni bir canlılık katmış, önceki katı ve hantal imajını değiştirmiş, daha ince, esnek ve gerilebilir hale gelmiş, kullanıcıları daha rahat hissettirmiştir. Daha taşınabilir ve dayanıklı.
Bununla birlikte, giyilebilir cihazların temel darboğazını aşmak için: piller. Giyilebilir cihazlara güç sağlamak için güneş enerjisi, insan hareketi ve çevresel ısı kullanımı gibi kendi kendine çalışan çeşitli teknolojiler ortaya çıktı. Bununla birlikte, bu teknolojilerin çoğu şu anda laboratuvar aşamasındadır ve büyük ölçekli ticari kullanımdan hala biraz mesafe vardır.
Öyleyse, pilin kendisine yeniden odaklanalım ve yeni atılımlar arayalım. Yazar, pilin kendisiyle ilgili bir dizi yenilikçi teknoloji geliştirmeyi tanıttı, önce giyilebilir teknolojiyle ilgili birkaç klasik durumu gözden geçirelim:
-
Binghamton Üniversitesi ve New York Eyalet Üniversitesi, bakteri tarafından desteklenen bir kağıt parçası üzerinde bir pil geliştirdi.
(Resim kaynağı: Seokheun)
-
Illinois Üniversitesi tarafından geliştirilen minyatür solar şarj ünitesine sahip bir pil. Sadece esnekliğe sahip olmakla kalmaz, aynı zamanda hafif ve rahattır.İnsan derisini yara bandı gibi sürmek için uygundur.
(Resim kaynağı: J. Rogers, Illinois Üniversitesi)
-
Kaliforniya Üniversitesi, San Diego tarafından geliştirilen şarj edilebilir çinko pil esnek, gerilebilir ve yazdırılabilirdir.Gelecekte giyilebilir cihazlarda, sensörlerde ve diğer elektronik cihazlarda kullanılması beklenmektedir.
(Resim kaynağı: California Üniversitesi, San Diego)
Yenilikçilik
Bugün tanıtılan yenilikçi teknoloji, giyilebilir cihazların piliyle de ilgilidir. Son zamanlarda, California Üniversitesi, San Diego'daki bir mühendis ekibi, LED'ler ve Bluetooth adaptörleri gibi elektronik ürünlere güç sağlamak için terden enerji çekebilen geri çekilebilir bir yakıt hücresi geliştirdi.
(Resim kaynağı: California Üniversitesi, San Diego)
Araştırmacılar araştırma sonuçlarını "Energy and Environmental Science" dergisinin Haziran sayısında yayınladılar. Bu yazıda, bio-bataryayı özelleştirilmiş bir devre kartına nasıl bağladıklarını anlattılar ve bir kişi cihazı giydiğinde ve egzersiz bisikleti kullandığında, cihazın LED'leri çalıştırabildiğini gösterdiler.
Bu araştırmanın lideri, San Diego, California Üniversitesi Giyilebilir Sensör Merkezi direktörü Profesör Joseph Wang'dır. Elektrik mühendisliği profesörü, merkezin eş yöneticisi Patrick Mercier ve hepsi San Diego, California Üniversitesi, Jacobs Mühendislik Okulu üyesi olan nano-mühendislik profesörü Sheng Xu ile işbirliği yaptı.
teknoloji
Kimya, gelişmiş malzemeler ve elektronik arayüzler alanlarındaki bilginin çapraz füzyonu sayesinde, California Üniversitesi, San Diego'daki mühendisler çok büyük bir atılım gerçekleştirdiler. Ekipmanın yeterli ölçeklenebilirliğe ve elektrik enerjisine sahip olması için, bu tür bir cilt biyoyakıt hücresini geliştirene kadar çok çalışıyorlar. Kullandılar Litografi ve serigrafi teknolojisi , Üç boyutlu karbon nanotüp tabanlı katot ve anot dizileri üretmek, ölçeklenebilir ve esnek elektronik cihazların temelini atmak.
Birçok arkadaş bir sorun hakkında endişelenecek: Biyoyakıt hücresi ter yoluyla nasıl enerji alır? Basitçe söylemek gerekirse, biyoyakıt hücreleri, insan terinde bulunan laktik asidi elektrik üretmek için oksitleyebilen ve böylece teri bir enerji kaynağına dönüştürebilen bir enzime sahiptir.
Teknik olarak konuşursak, bu yeniliğin başka bir çok önemli odak noktası vardır. "Köprü ve Ada" Yapı. Giyilebilir cihazlarla uyumlu olmak için biyoyakıt hücrelerinin esnek ve gerilebilir hale gelmesi gerekir. Bu nedenle mühendisler, Xu'nun araştırma grubu tarafından geliştirilen ve "Köprü ve Ada" adını verdikleri yapıyı kullanmaya karar verdiler.
(Resim kaynağı: California Üniversitesi, San Diego)
Temel olarak, pil bir sıra noktadan oluşur ve her nokta birbirine yay şeklindeki bir yapı ile bağlanır. Noktaların yarısı pilin anodunu, diğer yarısı ise katodu oluşturur. Bu yay benzeri yapı, anot ve katoda zarar vermeden pili esnek hale getirmek için gerilebilir ve bükülebilir. İlk olarak bu "köprü ve ada" yapısının kaidesi fotolitografi ile üretilmiş ve altından yapılmıştır. İkinci adımda, araştırmacılar anot ve katot noktalarının üzerine bir biyoyakıt malzemesi tabakası yerleştirmek için serigrafi teknolojisini kullandılar.
Araştırmacıların karşılaştığı en büyük teknik zorluk, yakıt hücrelerinin enerji yoğunluğunu artırmaktır. Bu, birim alan başına daha fazla enerji üretilebileceği anlamına gelir. Enerji yoğunluğunu artırmak, yakıt hücresi performansını iyileştirmenin anahtarıdır. Piller ne kadar çok enerji üretirse o kadar güçlüdür.
Mühendisler, enerji yoğunluğunu artırmak için anot ve katot üzerinde üç boyutlu bir karbon nanotüp yapısı oluşturmak için serigrafi kullandılar. Bu yapı, mühendislerin her anot noktası için katot noktasında laktik asit ve gümüş oksit ile reaksiyona girebilen daha fazla enzim yüklemesine olanak tanır.
(Resim kaynağı: California Üniversitesi, San Diego)
Biyomateryal pil, Mercier'in araştırma ekibi tarafından üretilen özel bir devre kartına bağlanır. Bu devre kartı, yakıt hücresi tarafından üretilen elektriği stabilize edebilen bir DC / DC dönüştürücüdür. Bu, kullanıcının terindeki dengesizliğin neden olduğu dalgalanmaları ortadan kaldırır ve onu sabit bir voltaj ile kararlı bir güç kaynağı haline getirir.
Araştırmacılar, biyoyakıt hücreleri ve devre kartlarının kombinasyonu ile dört deneği donattı ve egzersiz bisikletlerinde egzersiz yapmalarına izin verdi. Denek, yaklaşık 4 dakika boyunca mavi bir LED ışığa güç verebildi.
değer
(Resim kaynağı: California Üniversitesi, San Diego)
Bu teknoloji, mevcut üretim teknolojisini birleştiriyor, pilin esnekliğini ve ölçeklenebilirliğini sağlamak için benzersiz bir yapı tasarlıyor ve elektrik üretmek için biyoyakıt olarak insan vücudunda kolayca bulunabilen teri kullanıyor. Mevcut giyilebilir biyoyakıt hücreleriyle karşılaştırıldığında, bu biyoyakıt hücresi, birim yüzey alanı başına 10 kat daha fazla enerji üretir. Giyilebilir cihazlara güç sağlamak için yeni bir yol sağlar.
gelecek
Gelecekteki araştırma çalışmaları esas olarak iki yönden olacaktır. İlk olarak, katotta kullanılan gümüş oksit ışığa duyarlıdır ve zamanla bozunur. Uzun vadede, araştırmacıların daha kararlı bir malzeme bulması gerekiyor.
Ek olarak, insan terindeki laktik asit konsantrasyonu zamanla seyrelecektir. Bu nedenle denek pedal çevirirken LED'i yalnızca dört dakika süreyle yakabilirdi. Ekip, laktik asit konsantrasyonu yeterince yüksek olduğunda enerjiyi depolamanın ve ardından kademeli olarak enerjiyi serbest bırakmanın yeni bir yolunu geliştiriyor. .
Referans
[1]
2 Amay J. Bandodkar, Jung-Min You, Nam-Heon Kim, Yue Gu, Rajan Kumar, AM Vinu Mohan, Jonas Kurniawan, Somayeh Imani, Tatsuo Nakagawa, Brianna Parish, Mukunth Parthasarathy, Patrick P. Mercier, Sheng Xu Joseph Wang. İnsan terinden enerji almak için yumuşak, gerilebilir, yüksek güç yoğunluklu elektronik deri bazlı biyoyakıt hücreleri . Energy Environ. Sci., 2017; 10 (7): 1581 DOI: 10.1039 / c7ee00865a
Daha ileri teknolojiler ve yenilikçi ürünler için lütfen WeChat herkese açık hesabını takip edin: IntelligentThings veya yazarın kişisel WeChat ile iletişime geçin: JohnZh1984
