Pesquisadores desenvolvem uma malha de coleta de energia termoelétrica vestível

TX, 21/11/2023   

A equipe de pesquisa do Dr. Hyekyoung Choi e Min Ju Yun do Centro de Pesquisa de Materiais de Conversão de Energia do Instituto de Pesquisa Eletrotecnológica da Coreia (KERI), desenvolveu uma tecnologia que pode aumentar a flexibilidade e a eficiência de um gerador termoelétrico ao mais alto nível do mundo, usando "mecânica metamateriais", que não existem na natureza. Os resultados da pesquisa foram publicados na Advanced Energy Materials.

Em geral, um material contrai na direção vertical quando é esticado na direção horizontal. É como quando você pressiona uma bola de borracha, ela se achata lateralmente, e quando você puxa um elástico, ela estica firmemente.

A quantidade de alongamento transversal dividida pela quantidade de compressão axial é o índice de Poisson. Por outro lado, os metamateriais mecânicos, ao contrário dos materiais na natureza, são artificialmente projetados para se expandirem nas direções horizontal e vertical quando são alongados na direção horizontal. Os metamateriais têm um índice de Poisson negativo.

A KERI conseguiu aumentar a elasticidade dos geradores termoelétricos em até 35%, utilizando uma junta com metaestrutura. Um gerador termoelétrico converte a diferença de temperatura entre duas extremidades em energia elétrica. É chamado de dispositivo de coleta de energia ecológico de última geração, pois pode utilizar o calor desperdiçado na vida diária como eletricidade.

Até agora, a maioria dos geradores termoelétricos usava PCB de cerâmica dura, dificultando sua aplicação em superfícies curvas, como pele ou canos de água quente.

Para resolver este problema, materiais flexíveis como silício e polímeros foram adotados como suportes, mas a alta condutividade térmica era o problema. Quanto maior a diferença de temperatura entre os limites de cada material, maior será a eficiência dos geradores termoelétricos, mas os suportes flexíveis típicos causam desvio térmico e evitam grandes gradientes de temperatura devido à subsequente perda de calor. Em outras palavras, é importante que os geradores termoelétricos sejam flexíveis, elásticos e ao mesmo tempo eficientes.

A junta deformável usada pela equipe do Dr. Hyekyoung Choi possui uma metaestrutura, o que aumenta muito a estabilidade estrutural do gerador termoelétrico. Pode ser transformado em vários formatos, estica-se bem como a pele humana e é fácil de fixar em qualquer lugar. Além disso, o entreferro parcial dentro da junta possui excelentes propriedades isolantes, evitando a perda de calor e garantindo a eficiência do gerador termoelétrico, aumentando a diferença de temperatura em até 30% em comparação com os geradores termoelétricos flexíveis existentes.

Os geradores termoelétricos da KERI são extensíveis em até 35% ou mais, e a densidade de produção de energia é mais de 20 vezes maior (0,1μW/cm 2 ⇒ 2~3μW/cm 2 ). Mesmo que o módulo gerador termoelétrico seja bastante expandido, quase não há deterioração nas características elétricas. Esta elasticidade e eficiência são o nível mais alto do mundo. A equipe de pesquisa alcançou durabilidade que permite ao gerador manter seu desempenho sem perdas mesmo após 10.000 ou mais flexões repetidas.

Hyekyoung Choi da KERI disse: "Os pesquisadores da equipe não apenas têm o conhecimento para desenvolver materiais termoelétricos de alto desempenho, mas também possuem tecnologia de modularização dedicada à coleta de energia e tecnologia relacionada a dispositivos autoalimentados estáveis", acrescentando: "Com essa pesquisa de convergência, fomos capazes de criar sinergia e considerar tudo, desde o desenvolvimento da tecnologia principal, testes e aplicações da vida real."

Espera-se que essa conquista receba grande atenção no campo de IoT e dispositivos vestíveis baseados em IA. Os dispositivos vestíveis existentes tinham a desvantagem de terem de ter uma fonte de alimentação separada, como uma bateria, mas com a tecnologia de recolha de energia térmica KERI, podem simplesmente ser ligados ao corpo para produzir eletricidade usando o calor corporal, e até mesmo fornecer energia diretamente através de um módolo do corpo. Também pode ser aplicado ao campo médico da próxima geração.

A equipe do Dr. Hyekyoung Choi pretende avançar na era da colheita de energia ecologicamente correta da próxima geração por meio de pesquisa e desenvolvimento contínuos, melhorando a tecnologia de resfriamento e os circuitos de gerenciamento de energia que podem melhorar o desempenho dos geradores termoelétricos.

Artigos recomendados: Wearable e Eletricidade

Fonte:https://techxplore.com/news/2023-11-stretchable-efficient-wearable-thermoelectric-energy.html