Selvdrevet e-ur drives fuldstændig af håndledsbevægelser

(Phys.org) – Forskere har skabt et selvdrevet elektronisk ur, der høster energi fra bærerens håndledsbevægelser til kontinuerlig drift. Ved at kombinere to forskellige energiomdannelsesmekanismer (elektromagnetiske og triboelektriske) i en enkelt hybrid nanogenerator, enheden kan høste væsentligt mere energi end tidligere mejetærskere, der kun bruger en enkelt mekanisme.

Forskerne, ledet af Ya Yang ved Beijing Institute of Nanoenergy and Nanosystems i Kina, og Zhong Lin Wang ved Georgia Institute of Technology i USA, har udgivet et papir om hybrid nanogenerator i et nyligt nummer af ACS Nano .

"Denne slags nanogenerator kan også bruges til at drive andre bærbare elektroniske enheder, såsom en trådløs smart skridttæller til at læse data om gangtrin, afstand, og energiforbrug, " fortalte Yang Phys.org .

Hybrid nanogeneratoren består af en lille kasse (3,6 cm x 3,6 cm x 3 cm) med en magnetisk kugle indeni. Når bæreren bevæger håndleddet, boldens bevægelse genererer elektricitet ved både de elektromagnetiske og triboelektriske effekter. På grund af den elektromagnetiske effekt, når bolden kolliderer med seks metalspoler på siderne af kassen, boldens mekaniske energi omdannes til elektricitet.

Den triboelektriske effekt opstår, når to materialer gnides sammen, ligner hvordan gnidning af en ballon på en persons hår skaber statisk elektricitet. Her, urremmen fungerer som den triboelektriske komponent. Remmen er lavet af to materialer med forskellige triboelektriske polariteter, nylon og en polymerkomposit, som er fastgjort til bunden af ​​æsken og til to elektroder. Når den bevægelige magnetiske kugle trykker ned på urremmen, nylon og polymer kommer i kontakt med hinanden, genererer triboelektriske ladninger og får elektroner til at flyde mellem elektroderne.

Forskerne eksperimenterede med, hvordan forskellige håndledsbevægelser kan oplade og drive uret. De fandt ud af, at den bedste håndledsbevægelse er en vridende bevægelse, der kan generere en strøm på op til 12 mA, hvilket betyder, at niogtredive sekunder af denne vridningsbevægelse kan drive uret kontinuerligt i cirka 7,5 minutter. Ved at tilføje et hjemmelavet Li-ion batteri til at lagre energien produceret af den hybridiserede nanogenerator, forskerne fandt ud af, at 32 minutter af den vridende bevægelse kan generere nok energi til kontinuerligt at drive uret i mere end 3,5 timer. Baseret på disse data, forskerne beregnede, at 3,6 timers håndledsbevægelse kan generere nok energi til at drive uret til én dags kontinuerlig drift.

Da den nuværende prototype er ret stor, forskerne forsøgte at reducere dimensionerne ved at erstatte den magnetiske kugle med et tyndt magnetark. Imidlertid, de fandt ud af, at magnetpladen ikke bevæger sig så let som bolden, og derfor planlægger de i fremtiden at undersøge andre metoder til miniaturisering af nanogeneratoren. De håber også at fjerne behovet for batteriet.

"Fremtidensplanen er at løse strømkildeproblemet med den bærbare elektroniske enhed, så disse enheder kan arbejde bæredygtigt uden at blive opladet af den eksterne strømkilde, " sagde Yang. "Ideelt set, bevægelsen af ​​menneske-krop-induceret energi vil være nok til at drive disse enheder."

© 2015 Phys.org