灵活的热电设备可从人体皮肤中收集能量

通过皮肤温度进行能量收集
自供电电路应用中带有软电极和软热导体(s-HCs)的兼容TEG的概念图。左插图是基于碲化铋(Bi2Te3)的热电(TE)腿的照片,右插图是顺应性TEG横截面的光学图像。5和1毫米的比例尺。图片来源:韩国科学技术学院(KIST)

热电装置是一种能量转换装置,其利用由材料的两端之间的温差产生的电压。它能够将热能(例如来自工业场所的废热)转化为可在日常生活中使用的电能。现有的热电装置是刚性的,因为它们由基于硬金属的电极和半导体组成,阻碍了热源从不平坦表面的充分吸收。因此,研究人员对柔性热电装置的开发进行了最新研究,该装置能够与人体皮肤和热水管等热源紧密接触来产生能量。

韩国科学技术研究院(KIST)宣布,由软混合材料研究中心的Seungjun Chung博士和首尔国立大学电气与计算机工程系(SNU,OH总裁)的Yongtaek Hong教授领导的协作研究团队Se-Jung)通过最大限度地提高灵活性和热传递效率,开发了具有高发电性能的柔性热电设备。研究团队还通过包括印刷过程在内的自动化过程提出了批量生产计划。

用于柔性热电装置研究的现有基板的热能传递效率低,因为它们的导热系数非常低。由于缺乏柔韧性,它们的吸热效率也很低,当与热源接触时形成热屏蔽层,例如空气。为了解决该问题,已经开发了具有高柔性的基于有机材料的热电器件,但是由于其性能与现有的基于无机材料的刚性热电器件相比明显较低,因此将它们应用于可穿戴设备并不容易。

通过皮肤温度进行能量收集
带有自供电LED系统和遮光罩的高温表面警告手套的示意图;照片展示了TEG手套在抓握瓶子和水壶等各种高温物体时的示意图。自供电系统和包装的视图。附有TEG的手套和热源的3D表面之间的保形接触会导致明亮的“ H”形,而无需外部电源的任何帮助。5、5 cm和5 mm的比例尺杆:韩国科学技术学院(KIST)

该研究团队通过将基于无机材料的高性能热电器件连接到由银纳米线组成的可拉伸基板上,提高了灵活性,同时降低了热电器件的电阻。所开发的热电装置显示出优异的柔韧性,从而即使在弯曲或拉伸时也能稳定运行。另外,将具有高导热率的金属颗粒插入可拉伸基板的内部,以将传热能力提高800%(1.4 W / mK),并将发电量提高三倍以上。(当温度差为40 K以上的开发热电装置的两端之间,7毫瓦/厘米2产生的电力。当连接到人的皮肤,7μW/厘米2 同时,研究人员使整个复杂过程自动化,从软平台过程到热电设备的开发,从而实现了设备的批量生产。

开发的设备可以用作工业场所的高温传感器,也可以用作无电池距离检测传感器,以利用汽车内部和外部的温度差进行自动驾驶。因此,预期该设备将能够解决基于电池的传感器系统的电源问题,该传感器在高温环境中有爆炸的危险。

KIST的Seungjun Chung博士说:“这项研究表明,可以使用外部热源来操作诸如高温传感器手套之类的实际可穿戴设备。展望未来,我们将开发一个灵活的热电平台,该平台可以仅使用可穿戴设备来运行可穿戴设备。我们的研究发现具有重大意义,因为这项研究开发的功能性复合材料,热电设备平台和高产量自动化过程将能够为将来无电池可穿戴设备的商业化做出贡献。”

本文为作者 朱秋城 独立观点,并不代表 我是CIO 立场。

发表评论

登录后才能评论