Tribo-elektrische nanogeneratoren (TENG's) zijn kleine apparaten die beweging omzetten in elektriciteit, en misschien is dat wel wat ons in een tijdperk van energie-oogstende kleding en implantaten brengt. Maar kunnen TENG's, zelfs theoretisch, ons draagbare elektronica geven die uitsluitend wordt aangedreven door de dagelijkse lichaamsbeweging van de drager?

Het korte antwoord is ja. Nieuw onderzoek van Samsung Advanced Institute of Technology (SAIT) in Zuid-Korea, deze week gepubliceerd in APL-materialen , van AIP Publishing, demonstreert het vermogen van mechanische energie die wordt geproduceerd door typische lichaamsbewegingen om een ​​horloge of smartphone van stroom te voorzien. Bovendien, het onderzoek karakteriseert effecten die samenhangen met verschillende vormen van soortgelijke bewegingen op de maximaal produceerbare energie die ze in een TENG kunnen produceren.

"We hebben de mogelijkheid onderzocht om gecommercialiseerde draagbare en draagbare apparaten op te laden door gebruik te maken van de mechanische energie die wordt gegenereerd door menselijke beweging, " zei Hyeon-Jin Shin, onderzoeksmaster bij SAIT en een van de auteurs van de studie. "We hebben bevestigd dat als de mechanische energie volledig wordt omgezet in elektrische energie, de energie die wordt opgewekt door de dagelijkse beweging van een arm kan het energieverbruik van een smartwatch en zelfs het stand-by energieverbruik van een smartphone voldoende dekken."

Naarmate de interesse in TENG's groeit, vooral voor draagbare toepassingen, Shin en medewerkers wilden de praktische haalbaarheid van de technologie in detail onderzoeken en begrijpen hoe de energieconversie kan worden geoptimaliseerd.

"De afgelopen jaren hebben veel onderzoekers hebben een potentieel voor het oogsten van energie aangetoond met behulp van tribo-elektriciteit, en de verwachtingen van TENG als energiebron voor draagbare of draagbare apparaten zijn toegenomen, " Shin zei. "Het is belangrijk om te bevestigen dat de mechanische energie van menselijke beweging het energieverbruik van de apparaten kan dekken om een ​​TENG voor kleine apparaten te gebruiken."

Het onderzoeksteam vergeleek de haalbare TENG-energie die in één minuut wordt geproduceerd door typische lichaamsbewegingen, zoals typen of armzwaaien, tot dat wat in dezelfde tijd wordt verbruikt door een reeks commerciële elektronica en wearables. Hoewel zelfs het krachtigste bloggen niet genoeg energie zou opleveren om een ​​actief tablet te ondersteunen, de theorie toonde aan dat de semi-passieve activiteiten kleinere telefoons en slimme horloges kunnen aandrijven door alleen TENG-stroom.

Met nauwkeurig onderzoek naar het mechanisme dat elektriciteit produceert in het apparaat, ze ontdekten ook dat de elasticiteit, normaal gesproken niet meegerekend bij het berekenen van de maximaal mogelijke energie van een TENG, kan de waarde een boost geven.

"Om de mechanische energie van menselijke beweging volledig te benutten voor de TENG, het is erg belangrijk om de maximaal mogelijke energie van een TENG te verhogen op basis van het begrijpen van de factoren die verband houden met de beweging in een aspect van de snelheid (kinetische energie) en elasticiteit (impuls), ' zei Shin.

Met dit nieuwe inzicht Shin en andere Samsung-onderzoekers staan ​​klaar om de praktische realisaties van de technologie te blijven verfijnen en hun bevindingen te gebruiken om de grenzen te verleggen van wat TENG-apparaten kunnen aandrijven - en voor hoe lang.

"De optimalisatie van de uitgangsenergie van een TENG in daadwerkelijk gebruik blijft een taak voor toekomstig werk, omdat een echt systeem veel beperkingen heeft, zoals impedantie-aanpassing, frequentie controle, en de stabiliteit van de constructie, ' zei Shin. 'Niettemin, de resultaten van dit onderzoek geven inzicht in het ontwerp van een TENG om in een beperkte ruimte een grote hoeveelheid energie te verkrijgen."