Fleksible generatorer gør bevægelse til energi

Bærbare enheder, der høster energi fra bevægelse, er ikke en ny idé, men et materiale, der er skabt på Rice University, kan gøre dem mere praktiske.

Rice lab af kemiker James Tour har tilpasset laserinduceret grafen (LIG) til små, metalfrie enheder, der genererer elektricitet. Som at gnide en ballon i håret, at bringe LIG -kompositter i kontakt med andre overflader producerer statisk elektricitet, der kan bruges til at drive enheder.

For det, takke den triboelektriske effekt, hvorved materialer indsamler en afgift ved kontakt. Når de sættes sammen og derefter trækkes fra hinanden, overfladeladninger opbygges, der kan ledes mod elproduktion.

I forsøg, forskerne forbandt en foldet strimmel LIG til en række lysemitterende dioder og fandt ud af, at ved at trykke på strimlen var der nok energi til at få dem til at blinke. Et større stykke LIG indlejret i en flip-flop lader en bærer generere energi ved hvert trin, da grafenkompositens gentagne kontakt med huden frembragte en strøm til at oplade en lille kondensator.

"Dette kan være en måde at genoplade små enheder på bare ved at bruge den overskydende energi fra hælangreb under gåture, eller svingende armbevægelser mod torso, "Sagde Tour.

Projektet er detaljeret i American Chemical Society journal ACS Nano .

LIG er et grafenskum fremstillet, når kemikalier opvarmes på overfladen af ​​en polymer eller et andet materiale med en laser, efterlader kun sammenkoblede flager af todimensionalt kulstof. Laboratoriet lavede først LIG på almindeligt polyimid, men udvidede teknikken til planter, mad, behandlet papir og træ.

Laboratoriet vendte polyimid, kork og andre materialer ind i LIG -elektroder for at se, hvor godt de producerede energi og stod op til slid. De fik de bedste resultater fra materialer i de modsatte ender af den triboelektriske serie, som kvantificerer deres evne til at generere statisk ladning ved kontaktelektrifiering.

I foldningskonfigurationen, LIG fra det tribo-negative polyimid blev sprøjtet med en beskyttende belægning af polyurethan, som også fungerede som et tribo-positivt materiale. Da elektroderne blev bragt sammen, elektroner overført til polyimidet fra polyurethanen. Efterfølgende kontakt og adskillelse drev ladninger, der kunne lagres gennem et eksternt kredsløb for at genbalancere den opbyggede statiske ladning. Det foldbare LIG genererede omkring 1 kilovolt, og forblev stabil efter 5, 000 bøjningscyklusser.

Den bedste konfiguration, med elektroder af polyimid-LIG-komposit og aluminium, produceret spændinger over 3,5 kilovolt med en spidseffekt på mere end 8 milliwatt.

"Nanogeneratoren indlejret i en flip-flop var i stand til at lagre 0,22 millijoule elektrisk energi på en kondensator efter en 1 kilometer gåtur, "sagde Rice -postdoktor Michael Stanford, hovedforfatter til papiret. "Denne energilagringshastighed er nok til at drive bærbare sensorer og elektronik med menneskelig bevægelse."