Китайские ученые разработали устройство, которое преобразовывает тепло от кожи человека в электричество

Полученные данные свидетельствуют о том, что когда-нибудь температура от тела может обеспечить питанием носимые электронные устройства, такие как фитнес-трекеры.

Устройство представляет собой термоэлектрический генератор (ТЭГ), который использует температурные градиенты для выработки энергии. В конструкции исследователи используют разницу между более высокой температурой тела и относительно более прохладной окружающей средой для выработки электричества.

«Это область с большим потенциалом», – говорит автор-корреспондент Цянь Чжан из Харбинского технологического института, Шэньчжэнь. «ТЭГ могут восстанавливать энергию, которая теряется в виде отработанного тепла, и, таким образом, улучшать коэффициент использования энергии».

В отличие от традиционных генераторов, которые используют энергию движения для производства энергии, термоэлектрические генераторы не имеют движущихся частей, что делает их практически необслуживаемыми. Эти генераторы устанавливаются на машинах, расположенных в отдаленных районах, и на бортовых космических датчиках для подачи энергии.

Чжан и ее коллеги много лет работали над созданием термоэлектрических генераторов. В связи с тем, что носимые устройства становятся все более популярными в последние годы, команда хотела изучить, смогут ли эти надежные генераторы заменить традиционные батареи в этих устройствах, включая фитнес-трекеры, умные часы и биосенсоры.

«Не стоит недооценивать разницу температур между нашим телом и окружающей средой – она ​​небольшая, но наш эксперимент показывает, что она все еще может генерировать энергию», – уверена ученый.

Обычные ТЭГ жесткие и выдерживают менее 200 случаев изгиба. Чтобы преодолеть это ограничение и сделать устройство более пригодным для носки, исследователи прикрепили основные электрические компоненты к эластичному и более липкому полиуретановому материалу. Испытания показали, что устройство выдержало не менее 10 000 повторных изгибов без значительных изменений в производительности.

Кроме того, коммерчески доступные ТЭГ в значительной степени зависят от редкометалльного висмута, который в природе не встречается в больших количествах. В новой конструкции он частично заменен материалом на основе магния, что может существенно снизить затраты при крупносерийном производстве.

Исследователи разработали прототип автономной электронной системы. Они подключили светодиод к полосе ТЭГ размером 11,43 см в длину и 2,79 см в ширину. Затем команда намотала ТЭГ-браслет на запястье человека, температура тела которого составила 33,83 °C в условиях окружающей среды. При разнице температур генератор собирал тепло, исходящее от кожи, и успешно обеспечивал светодиод электричеством.

«Наш прототип уже имеет хорошие характеристики», – говорит автор-корреспондент Фэн Цао из Харбинского технологического института в Шэньчжэне. «С правильным преобразователем напряжения система может питать электронику, такую ​​как умные часы и датчики пульса».

Забегая вперед, команда планирует и дальше улучшать конструкцию, чтобы устройство могло более эффективно поглощать тепло.

«Растет спрос на более экологичную энергию, и ТЭГ подходят как нельзя лучше, поскольку они могут превращать потраченное впустую тепло в электроэнергию», – говорит Цао. «В то время как, например, солнечная энергия может быть произведена только при наличии солнца, ТЭГ могут производить энергию во многих сценариях – пока существует разница температур».