Möglicherweise müssen Sie nie wieder ein Ladegerät mit sich führen. Stattdessen zieht Ihr Telefon Energie aus Ihrer Kleidung und der Umgebung. Dies ist das Potenzial eines neuen Geräts, das bei entwickelt wurde. Labor für Nanomaterialien und Energiegeräte der Vanderbilt University.
Mit Batterietechnologie und Schichten aus schwarzem Phosphor erzeugt das neue Gerät beim Biegen oder Pressen geringe Mengen an Elektrizität. Der nur wenige Atome dicke Phosphor kann die Elektrizität auch bei extrem niedrigen Frequenzen entsprechend der menschlichen Bewegung erzeugen.
[Bildquelle : John Russell / Vanderbilt ]
Assistenzprofessor für Maschinenbau, Cary Pint, der die Forschung leitete sagte , "Ich gehe davon aus, dass wir in Zukunft alle zu Ladedepots für unsere persönlichen Geräte werden, indem wir Energie direkt aus unseren Bewegungen und der Umwelt ziehen."
[Bildquelle : John Russell / Vanderbilt ]
Die Ergebnisse wurden in einem Artikel mit dem Titel "Ultralow Frequency Electrochemical Mechanical Strain Energy Harvester unter Verwendung von 2D-Schwarzphosphor-Nanoblättern" im Online-Journal veröffentlicht. ACS Energy Letters .
Das effektive Ernten von Energie aus Umgebungsquellen ist ein wachsendes Gebiet der Wissenschaft. Das Gebiet umfasst Geräte, die Energie aus Temperaturschwankungen ziehen können, Strahlungsenergiegeräte, die Energie aus Licht erfassen, und elektrochemische Geräte, die biochemische Reaktionen abhören.
Die von Pint und seinem Team veröffentlichten Arbeiten haben zwei deutliche Vorteile, erklärt Pint. "Im Vergleich zu anderen Ansätzen zur Energiegewinnung aus menschlicher Bewegung weist unsere Methode zwei grundlegende Vorteile auf. Die Materialien sind atomar dünn und klein genug, um in Textilien imprägniert zu werden, ohne das Aussehen oder die Haptik des Stoffes zu beeinträchtigen, und sie können Energie aus Bewegungen extrahierendas sind langsamer als 10 Hertz - 10 Zyklen pro Sekunde - über das gesamte niederfrequente Bewegungsfenster, das der menschlichen Bewegung entspricht. "
[Bildquelle : Labor für Nanomaterialien und Energiegeräte / Vanderbilt ]
Das Erfassen von Energie mit niedriger Frequenz ist eine große Herausforderung. Viele andere Experimente konnten keine Geräte entwickeln, die effektiv unter 100 Hertz arbeiten, sodass ihre Wirkungsgrade selbst unter optimalen Bedingungen zwischen 5 und 10 Prozent liegen.
Das Gerät mit schwarzem Phosphor kann dagegen mit mehr als der doppelten Effizienz arbeiten. "Unser Harvester arbeitet in einer idealen Gerätekonfiguration mit einem Wirkungsgrad von über 25 Prozent und gewinnt vor allem Energie über die gesamte Dauer selbst langsamer menschlicher Bewegungen wie Sitzen oder Stehen", sagte Pint.
[Bildquelle : John Russell / Vanderbilt ]
Das Forschungsteam hat in den letzten drei Jahren fortschrittliche Batteriesysteme und insbesondere die Fähigkeit von Batterien untersucht, sich zu biegen und zu dehnen. Die Gruppe präsentierte als erste Forschung, die die Spannungsänderungen in Batterien unter Belastung demonstrierte. Unter Spannung die Spannungsteigt und unter Kompression fällt die Spannung wieder ab. Von hier aus begann das Team mit der Rekonstruktion der Batterien. mit sowohl positiven als auch negativen Elektroden aus demselben Material. Dies verhindert zwar, dass das Gerät Energie speichert, kann jedoch die Spannungsänderungen, die durch die auf es einwirkenden Biege- und Verdrehungsspannungen verursacht werden, vollständig erfassen.
Diese Idee wurde dann in das derzeit getestete Gerät umgewandelt, das aus ultradünnem schwarzem Phosphor besteht. Dieses Material ist aufgrund seiner attraktiven elektrischen, optischen und elektrochemischen Eigenschaften perfekt.
Die Forscher geben zu, dass sie weit vom Ladematerial für Mobiltelefone entfernt sind. Die neuesten Durchbrüche bilden die Bausteine für solche Anwendungen. Die Technologie könnte auch Niederspannungs-LCD-Bildschirme mit Strom versorgen.
Quellen : TechExplore, NewElectronics , Vanderbilt