Ingenieurs van de North Carolina State University hebben een flexibel apparaat gedemonstreerd dat de warmte-energie van het menselijk lichaam oogst om de gezondheid te bewaken. Het apparaat overtreft alle andere flexibele oogstmachines die lichaamswarmte als enige energiebron gebruiken.

In een paper gepubliceerd in Toegepaste energie , de NC State-onderzoekers melden significante verbeteringen aan de flexibele lichaamswarmte-oogster die ze voor het eerst meldden in 2017. De oogstmachines gebruiken warmte-energie van het menselijk lichaam om draagbare technologieën aan te drijven - denk aan slimme horloges die je hartslag meten, bloed zuurstof, glucose en andere gezondheidsparameters - die hun batterijen nooit hoeven op te laden. De technologie is gebaseerd op dezelfde principes die gelden voor starre thermo-elektrische oogstmachines die warmte omzetten in elektrische energie.

Flexibele oogstmachines die zich aanpassen aan het menselijk lichaam zijn zeer gewenst voor gebruik met draagbare technologieën. Mehmet zturk, een NC State hoogleraar elektrische en computertechniek en corresponderende auteur van het papier, vermeld superieur huidcontact met flexibele apparaten, evenals de ergonomische en comfortoverwegingen voor de drager van het apparaat, als de belangrijkste redenen achter het bouwen van flexibele thermo-elektrische generatoren, of TEG's.

De prestaties en efficiëntie van flexibele oogstmachines, echter, lopen momenteel ver achter op starre apparaten, die superieur waren in hun vermogen om lichaamswarmte om te zetten in bruikbare energie.

"Het flexibele apparaat dat in dit artikel wordt gerapporteerd, is aanzienlijk beter dan andere flexibele apparaten die tot nu toe zijn gerapporteerd en benadert de efficiëntie van stijve apparaten, wat erg bemoedigend is, ' zei Ozturk.

De proof-of-concept TEG die oorspronkelijk in 2017 werd gerapporteerd, maakte gebruik van halfgeleiderelementen die elektrisch in serie waren geschakeld met behulp van vloeibaar-metaalverbindingen gemaakt van EGaIn - een niet-toxische legering van gallium en indium. EGaIn zorgde voor zowel metaalachtige elektrische geleidbaarheid als rekbaarheid. Het hele apparaat was ingebed in een rekbaar siliconenelastomeer.

Het verbeterde apparaat maakt gebruik van dezelfde architectuur, maar het verbetert de thermische engineering van de vorige versie aanzienlijk, terwijl de dichtheid van de halfgeleiderelementen die verantwoordelijk zijn voor het omzetten van warmte in elektriciteit, wordt vergroot. Een van de verbeteringen is een verbeterd siliconenelastomeer - in wezen een soort rubber - dat de EGaIn-verbindingen omhult.

"De sleutel hier is het gebruik van een siliconenelastomeer met hoge thermische geleidbaarheid gedoteerd met grafeenvlokken en EGaIn, " zei Ozturk. Het elastomeer biedt mechanische robuustheid tegen lekke banden en verbetert de prestaties van het apparaat.

"Door dit elastomeer te gebruiken, konden we de thermische geleidbaarheid - de snelheid van warmteoverdracht - zes keer verhogen, waardoor een betere laterale warmteverspreiding mogelijk is, " hij zei.

Ozturk voegde eraan toe dat een van de sterke punten van de technologie is dat het de noodzaak voor fabrikanten van apparaten om nieuwe flexibele, thermo-elektrische materialen omdat het dezelfde halfgeleiderelementen bevat die in stijve apparaten worden gebruikt. Ozturk zei dat toekomstige werkzaamheden zich zullen richten op het verder verbeteren van de efficiëntie van deze flexibele apparaten.

Yasaman Sargolzaeiaval, Viswanath P. Ramesh, Taylor V. Neumann, Veena Misra, Michael Dickey en Daryoosh Vashaee waren co-auteur van het artikel. De groep heeft ook een recent patent op de technologie.