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人體體溫也能發電或可成為新能源

來源:OFweek 2021-05-06 08:47中投網 A-A+

   煤炭和石油的發現與利用使人類告別了農耕文明,進入了工業文明。200多年化石能源的使用,在給人類社會帶來巨大進步的同時,也給人類社會造成了日益嚴峻的環境問題和氣候問題。

  不可再生能源的全球危機下,可持續新能源,如太陽能、地熱/海洋熱、自然機械能(風能、潮汐以及其他自然機械能)等,不得不逐漸取代化石能源成為支撐社會運轉和人們生活的主力,下一場能源革命也將由此展開。當然,除了這些被人們熟知的新能源外,人體體溫也在成為新能源的道路上不斷發展。

  4月29日,《細胞報告物理科學》雜志上,來自哈爾濱工業大學的科研小組稱,他們成功開發出一種小型、靈活的裝置,該裝置可以將人體皮膚散發的熱量轉化為電能,且能實時為LED燈供電,而且測試表明,該裝置至少可經受10000次反復彎曲,性能沒有明顯變化。

  其研究的開展從可穿戴電子產品入手。通常,可穿戴電子設備的功耗為100納瓦(nW)到10毫瓦(mW)不等,由一個微小的電池包模塊來供電,電量耗盡了可以循環充電,而想要提升續航時間,除了去改進電池和低功耗系統的性能,就是發明一種全新的供電方式。

  作為傳統電池的一種極具吸引力的替代品,熱電發電機(TEGs)擁有無工作流體、無運動部件、運行安靜、可靠性高、便于攜帶等獨特性能,有望打造出一種創新解決方案。但傳統的TEGs材料是剛性的,與可穿戴電子設備不好兼容,因此,設計和制造柔性熱電發電機(flexibleTEGs)成了很多科研團隊的目標。

  這項最新發表的研究成果包含了四大亮點:一是用Mg3Bi2基熱電材料制作了柔性熱電發電機(FTEG);二是具有超低導熱系數的多孔聚氨酯(PU)基體提高了輸出電壓;三是設計了具有高效傳熱表面的柔性印刷電路板(FPCB)電極;四是該FTEG器件具有高功率密度和高可靠性。

  經過多種材料組合測試和方案改進,研究人員最終獲得一種接近預期的FTEG設計,當環境溫度為289k(空氣速度為1.1m/s)時,在人的手臂上顯示出每平方厘米20.6微瓦(W)的峰值功率密度,在溫差為50k時顯示出每平方厘米13.8毫瓦(mw)的峰值功率密度。

  在彎曲半徑為13.4毫米的情況下,10000次彎曲循環后沒有顯著變化(小于1.4%)。最后,將尺寸為28.8mm×115.2mm×2.5mm的FTEG連接到人的手臂上,成功點亮了一盞LED燈,這表明所制備的FTEG有可能成為日常生活中某些可穿戴電子設備的實時電源。

  不論從新能源角度,還是新材料角度,此次“體溫發電機”的研發都是一次突破,這意味著,在未來或可以取代傳統電池,為可穿戴電子產品提供電力,并且,是以一種節能的方式。

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