小型发电机吸收皮肤散发的热量,为可穿戴设备供电

小型发电机吸收皮肤散发的热量,为可穿戴设备供电
佩戴由TEG频段和LED组成的自供电电气系统的人

中国的科学家已经开发出一种小型的柔性设备,可以将人体皮肤发出的热量转化为电能。在4月29日发表在《Cell Reports Physical Science》杂志上的研究中,研究小组表明,当戴在腕带上时,该设备可以实时为LED灯供电。研究结果表明,体温有一天可能会为可穿戴电子设备(如健身追踪器)供电。

该设备是使用温度梯度来发电的热电发电机(TEG)。在这种设计中,研究人员利用体温较高和周围温度较低的环境之间的差异来发电。

深圳哈尔滨工业大学通讯作者Zhangqian说:“这是一个潜力巨大的领域。” “ TEG可以回收作为废热而损失的能量,从而提高电力利用率。”

与传统的利用运动能量来发电的发电机不同,热电发电机没有运动部件,因此基本上无需维护。这些发电机被安装在位于机器偏远地区和在船上的空间探测器,以供应能量。

Zhang和她的同事们多年来一直致力于设计热电发电机。近年来,随着可穿戴设备的日益普及,该团队希望探讨这些可靠的发电机是否可以代替这些设备中的传统电池,包括健身追踪器,智能手表和生物传感器。

她说:“不要低估我们的身体与环境之间的温差-虽然很小,但我们的实验表明它仍然可以发电。”

常规的TEG通常是刚性的,只能承受少于200次弯曲。尽管柔性种类可以满足弯曲要求,但是它们的性能趋于不足。为了克服此限制并使设备更适合可穿戴设备,研究人员将核心电子组件连接到了可拉伸且粘合性更高的聚氨酯材料上。测试表明,该设备在至少10,000次重复弯曲的情况下幸存下来,而性能没有明显变化。

此外,可商购的TEG严重依赖自然不会大量出现的稀有金属铋。新设计将其部分替换为镁基材料,这可以大大降低大规模生产的成本。

研究人员设计了一种自供电电子系统的原型。他们将LED连接到长度为4.5英寸,宽度为1.1英寸的TEG频段。然后,研究小组将TEG腕带缠绕在某人的手腕上,该人的体温在周围环境条件下测得为92.9F。由于存在温度差,发电机会吸收从皮肤散发出来的热量,并成功点亮LED。

深圳哈尔滨工业大学的曹峰说:“如果将其投放市场,我们的原型机将具有良好的性能。” 他补充说,通过使用适当的电压转换器,该系统可以为智能手表和脉冲传感器等电子设备供电。

展望未来,该团队计划进一步改进设计,以便该设备可以更有效地吸收热量。

曹说:“对绿色能源的需求不断增长,而TEG恰好适合,因为它们可以将浪费的热量转化为电能。” “例如,仅当有阳光时才能产生太阳能,而TEG可以在许多情况下发电,只要存在温差即可。”

本文为作者 黄凯 独立观点,并不代表 我是CIO 立场。

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