Технологии завтрашнего дня — энергия из дыхания

Разработка, основанная на применении гибких микро-суперконденсаторов, позволит обеспечить электричеством различные носимые устройства, предназначенные для мониторинга жизненных показателей.

По мнению международной группы исследователей, возглавляемой Хуанью Ченг, профессором по развитию карьеры Дороти Квиггл в Департаменте штата Пенсильвания, может стать возможной гибкая система, которая будет собирать энергию от дыхания и движения человека для использования в носимых устройствах для мониторинга здоровья.

Исследовательская группа, в состав которой входят представители Государственного университета Пенсильвании, Университета Миньцзян и Нанкинского университета в Китае, недавно опубликовала свои результаты в Nano Energy. По словам Ченга, текущие версии батарей и суперконденсаторов, питающих носимые и растягиваемые устройства для контроля и диагностики состояния здоровья, имеют множество недостатков, включая низкую плотность энергии и ограниченную растяжимость. 

Это нечто совершенно иное, чем то, над чем инженеры работали раньше, но это жизненно важная часть уравнения. При работе с датчиками газа и другими носимыми устройствами нам всегда необходимо комбинировать эти устройства с аккумулятором для питания. Использование микро-суперконденсаторов дает нам возможность автономного питания датчика без необходимости в батарее.

Технологии завтрашнего дня — энергия из дыхания

Альтернативой батареям являются микро-суперконденсаторы — это устройства накопления энергии, которые могут дополнять или заменять литий-ионные батареи в носимых устройствах. Микро-суперконденсаторы имеют небольшие размеры, высокую удельную мощность и способность быстро заряжаться и разряжаться. Однако, по словам Ченга, при изготовлении для носимых устройств обычные микро-суперконденсаторы имеют многослойную сложенную геометрию, которая демонстрирует плохую гибкость, большие расстояния диффузии ионов и сложный процесс интеграции в сочетании с носимой электроникой.

Это побудило Ченга и его команду исследовать альтернативные архитектуры устройств и процессы интеграции, чтобы продвинуть использование микроконденсаторов в носимых устройствах. Они обнаружили, что расположение ячеек микро-суперконденсаторов в виде змеевиков, остров-мост позволяет конфигурации растягиваться и изгибаться в мостиках, уменьшая при этом деформацию микро-суперконденсаторов — островов. При объединении структура становится тем, что исследователи называют "решетками микроконденсаторов".

Используя неслойные ультратонкие нанолисты цинк-фосфор и трехмерную лазерно-индуцированную графеновую пену — высокопористый самонагревающийся наноматериал — для создания конструкции островного моста из ячеек, Ченг и его команда увидели радикальные улучшения в электропроводности и количество поглощенных заряженных ионов. Это доказало, что эти массивы суперконденсаторов могут эффективно заряжаться и разряжаться и накапливать энергию, необходимую для питания носимого устройства.

Исследователи также интегрировали систему с трибоэлектрическим наногенератором — новой технологией, преобразующей механическое движение в электрическую энергию. Эта комбинация создала систему с автономным питанием.

Комбинируя эту интегрированную систему с датчиком деформации на основе графена, массивы энергонакопительных микро-суперконденсаторов, заряжаемых трибоэлектрическими наногенераторами, могут питать датчик, сказал Ченг, показывая потенциал этой системы для питания переносных гибких устройств. 

Читайте также

Почему дата-центры не строят в Арктике или на дне океана?

Почему дата-центры не строят в Арктике или на дне океана?

Во Франции предложили налог на интернет-трафик: 5 центов за гигабайт

Во Франции предложили налог на интернет-трафик: 5 центов за гигабайт

Робот-пожарный стреляет пеной на 60 метров

Робот-пожарный стреляет пеной на 60 метров

Сэм Альтман назвал локальный ИИ неэффективной тратой оперативной памяти

Сэм Альтман назвал локальный ИИ неэффективной тратой оперативной памяти

Российские ученые создали нанокаркас для двойной атаки на раковые клетки

Российские ученые создали нанокаркас для двойной атаки на раковые клетки

ИИ обнаружил 33 новых материала MXene в научных архивах 1970-х годов

ИИ обнаружил 33 новых материала MXene в научных архивах 1970-х годов

Nvidia выпустила открытую ИИ-модель для транскрибации аудио на 40 языках

Nvidia выпустила открытую ИИ-модель для транскрибации аудио на 40 языках

Полиэтилен низкого давления изменит судостроение

Полиэтилен низкого давления изменит судостроение

Что происходит с физикой, когда вы прыгаете в вагоне поезда?

Что происходит с физикой, когда вы прыгаете в вагоне поезда?

«Черный ящик»: как устроен главный свидетель авиакатастроф и почему его нельзя заменить облаком

«Черный ящик»: как устроен главный свидетель авиакатастроф и почему его нельзя заменить облаком

Комета Галлея возвращается: почему её появление в 1986 году разочаровало миллионы людей и чего ждать в 2061-м

Комета Галлея возвращается: почему её появление в 1986 году разочаровало миллионы людей и чего ждать в 2061-м

Не только чума: семь самых смертоносных эпидемий и пандемий в истории человечества

Не только чума: семь самых смертоносных эпидемий и пандемий в истории человечества

Chery Tiggo 2 провалил краш-тесты Latin NCAP, получив ноль звёзд за безопасность

Chery Tiggo 2 провалил краш-тесты Latin NCAP, получив ноль звёзд за безопасность

NASA потеряло связь с «Вояджером-1» перед историческим рекордом

NASA потеряло связь с «Вояджером-1» перед историческим рекордом

В Китае научились восстанавливать сознание пациентов с помощью ультразвука

В Китае научились восстанавливать сознание пациентов с помощью ультразвука

Toyota и Waymo начали испытания беспилотных такси bZ4X в Японии

Toyota и Waymo начали испытания беспилотных такси bZ4X в Японии