(Phys.org)—Onderzoekers hebben een zelfaangedreven elektronisch horloge gemaakt dat energie haalt uit de polsbewegingen van de drager voor continu gebruik. Door twee verschillende energieconversiemechanismen (elektromagnetisch en tribo-elektrisch) te combineren in een enkele hybride nanogenerator, het apparaat kan aanzienlijk meer energie oogsten dan eerdere oogstmachines die slechts een enkel mechanisme gebruiken.

De wetenschappers, geleid door Ya Yang aan het Beijing Institute of Nanoenergy and Nanosystems in China, en Zhong Lin Wang aan het Georgia Institute of Technology in de VS, hebben een artikel over de hybride nanogenerator gepubliceerd in een recent nummer van: ACS Nano .

"Dit soort nanogenerator kan ook worden gebruikt om andere draagbare elektronische apparaten van stroom te voorzien, zoals een draadloze slimme stappenteller voor het uitlezen van gegevens over loopstappen, afstand, en energieverbruik, "Yang vertelde" Phys.org .

De hybride nanogenerator bestaat uit een kleine doos (3,6 cm x 3,6 cm x 3 cm) met daarin een magnetische bal. Wanneer de drager zijn pols beweegt, de beweging van de bal genereert elektriciteit door zowel de elektromagnetische als de tribo-elektrische effecten. Door het elektromagnetische effect, wanneer de bal botst met zes metalen spoelen aan de zijkanten van de doos, mechanische energie van de bal wordt omgezet in elektriciteit.

Het tribo-elektrisch effect treedt op wanneer twee materialen tegen elkaar worden gewreven, vergelijkbaar met hoe het wrijven van een ballon over iemands haar statische elektriciteit veroorzaakt. Hier, de horlogeband dient als het tribo-elektrische onderdeel. De band is gemaakt van twee materialen met verschillende tribo-elektrische polariteiten, nylon en een polymeercomposiet, die aan de onderkant van de doos en aan twee elektroden zijn bevestigd. Wanneer de bewegende magnetische bal op de horlogeband drukt, het nylon en polymeer met elkaar in contact komen, tribo-elektrische ladingen genereren en ervoor zorgen dat elektronen tussen de elektroden stromen.

De onderzoekers experimenteerden met de manier waarop verschillende polsbewegingen het horloge kunnen opladen en van stroom kunnen voorzien. Ze ontdekten dat de beste polsbeweging een draaiende beweging is die een stroom tot 12 mA kan genereren, wat betekent dat negenendertig seconden van deze draaiende beweging het horloge ongeveer 7,5 minuten continu van stroom kan voorzien. Door een zelfgemaakte Li-ionbatterij toe te voegen om de energie op te slaan die wordt geproduceerd door de gehybridiseerde nanogenerator, de onderzoekers ontdekten dat 32 minuten van de draaiende beweging voldoende energie kan genereren om het horloge meer dan 3,5 uur continu van stroom te voorzien. Op basis van deze gegevens, de onderzoekers berekenden dat 3,6 uur polsbeweging voldoende energie kan genereren om het horloge een dag continu te laten werken.

Aangezien het huidige prototype vrij groot is, de onderzoekers probeerden de afmetingen te verkleinen door de magnetische bal te vervangen door een dun magnetisch vel. Echter, ze ontdekten dat het magnetische vel niet zo gemakkelijk beweegt als de bal, en dus zijn ze van plan om in de toekomst andere methoden te onderzoeken om de nanogenerator te miniaturiseren. Ze hopen ook de noodzaak van de batterij te elimineren.

"Het toekomstplan is om het stroombronprobleem van het draagbare elektronische apparaat op te lossen, zodat deze apparaten duurzaam kunnen werken zonder te worden opgeladen door de externe stroombron, " zei Yang. "Idealiter, de beweging van door het menselijk lichaam veroorzaakte energie zal voldoende zijn om deze apparaten van stroom te voorzien."

© 2015 Fys.org