Teamet lavede store forbedringer af nanogeneratorens strømeffektivitet

Nanogeneratorer er innovative selvdrevne energihøstere, der omdanner kinetisk energi skabt fra vibrations- og mekaniske kilder til elektrisk energi, fjernelse af behovet for eksterne kredsløb eller batterier til elektroniske enheder. Denne innovation er afgørende for at realisere bæredygtig energiproduktion i isolerede, utilgængelig, eller indendørs miljøer og endda i den menneskelige krop.

Nanogeneratorer, en fleksibel og let energihøster på et plastiksubstrat, kan fjerne energi fra de ekstremt små bevægelser af naturressourcer og menneskekroppen såsom vind, vandstrøm, Hjerteslag, og membran- og respirationsaktiviteter til at generere elektriske signaler. Generatorerne er ikke kun selvdrevne, fleksible enheder, men kan også levere permanente strømkilder til implanterbare biomedicinske enheder, herunder pacemakere og dybe hjernestimulatorer.

Imidlertid, dårlig energieffektivitet og en kompleks fremstillingsproces har stillet udfordringer for kommercialiseringen af ​​nanogeneratorer. Keon Jae Lee, Lektor i materialevidenskab og teknik ved KAIST, og hans kolleger har for nylig foreslået en løsning ved at udvikle en robust teknik til at overføre en højkvalitets piezoelektrisk tynd film fra bulk safir substrater til plast substrater ved hjælp af laser lift-off (LLO).

Anvendelse af den uorganisk-baserede laser-lift-off-proces (LLO), forskerholdet producerede en PZT tyndfilm nanogeneratorer med stort areal på fleksible substrater (2 cm x 2 cm).

"Vi var i stand til at konvertere en høj-output-ydelse på ~250 V fra den lille mekaniske deformation af et enkelt tyndt plastiksubstrat. En sådan udgangseffekt er lige nok til at tænde 100 LED-lys, " forklarede Keon Jae Lee.

De selvdrevne nanogeneratorer kan også arbejde med finger- og fodbevægelser. For eksempel, under de uregelmæssige og let bøjede bevægelser af en menneskelig finger, de målte strømsignaler havde en høj elektrisk effekt på ~8,7 μA. Ud over, den piezoelektriske nanogenerator har verdensrekord effektkonverteringseffektivitet, næsten 40 gange højere end tidligere rapporterede lignende forskningsresultater, at løse ulemperne i forbindelse med fremstillingskompleksiteten og lav energieffektivitet.

Lee kommenterede yderligere, "Med udgangspunkt i dette koncept, det forventes stærkt, at små mekaniske bevægelser, inklusive menneskelige kropsbevægelser med muskelsammentrækning og afslapning, kan let omdannes til elektrisk energi og desuden, fungerede som evige kraftkilder."

Forskerholdet studerer i øjeblikket en metode til at bygge tredimensionel stabling af fleksible piezoelektriske tynde film for at øge udgangseffekten, samt at gennemføre et klinisk forsøg med en fleksibel nanogenerator.