Подходит любое механическое воздействие – сжатие, растяжение, перекручивание

Учёные из университета Северной Каролины разработали гибкое и растягивающееся устройство, превращающее механическую энергию в электрическую. Устройство состоит из мягких биосовместимых материалов: жидкого металла и мягкого полимера — гидрогеля. Оно работает как на воздухе, так и под водой. Описание опубликовано в журнале Advanced Materials.

Исследователи считают, что подобные устройства подойдут для питания носимых гаджетов следующего поколения. По словам одного из авторов, Майкла Дики, инженера-химика и специалиста по биомолекулярным технологиям, механической энергии в нашем окружении очень много. Это энергия ветра, энергия волн, движения тела и вибрация моторов. Новое устройство может превращать эту энергию в электричество. Что важно, оно прекрасно работает и под водой.

Вдохновлялись инженеры работой корейских исследователей от 2013 года. Они использовали конденсатор с двойным электрическим слоем для получения энергии, двигая два жёстких электрода, между которыми находились капельки воды. Такое движение заряжало конденсатор. Однако жёсткость конструкции позволяла получать энергию только от движения в одном направлении.

Гибкость новому устройству удалось придать за счёт использования сплава галлия и индия, заключив их в оболочку из впитывающего воду гидрогеля. Растворённые в воде ионы солей собираются на металлической поверхности, и формируют двойной электрический слой. Деформация жидкости изменяет площадь поверхности, наводя электрический заряд. Полученное электричество отводится по проводу.

Поскольку устройство гибкое, любое воздействие его деформирует, поэтому оно оказывается довольно гибким при сборе механической энергии. К примеру, гидрогель достаточно эластичный для того, чтобы растягиваться в пять раз.

На испытаниях выяснилось, что при деформации устройства в пределах нескольких миллиметров оно может выдавать удельную мощность в 0,5 мВт*м-2, что сравнимо с другими популярными устройствами сбора энергии.

Однако важнейшим из преимуществ перед другими устройствами является способность работать под водой. В результате устройство можно применять в биомедицине, при создании спортивной одежды, гибких роботов, электронной кожи, и использовании устройств в условиях рек и морей. А производить его при этом довольно легко.

Пока что устройство представляет собой лишь прототип, не лишённый недостатков. Из гидрогеля испаряется вода (это можно решить использованием хлорида лития в качестве соли). Галлий со временем окисляется, и после нескольких тысяч циклов электрический потенциал немного уменьшается. Также часть энергии уходит на деформацию гидрогеля.

Исследователи работают над способами повышения эффективности устройства. Можно разбить капли на мелкие, увеличив площадь их поверхности. Можно предварительно растянуть устройство, что увеличит ток и пиковую энергию. Можно предварительно зарядить конденсаторы. Также возможно испытать вариант с ионизированными жидкостями и электролитами.

Источник: Habr

Подписаться
Уведомить о
guest
0 комментариев
Межтекстовые Отзывы
Посмотреть все комментарии

Похожие записи: