Brug af stivelse og bagepulver til at høste mekanisk energi

Forskere har brugt en forbindelse lavet af et stivelsesderivat og bagepulver til at hjælpe med at omdanne mekanisk energi til elektrisk energi. Tilgangen, udviklet af forskere ved Daegu Gyeongbuk Institute of Technology (DGIST), med kolleger i Korea og Indien, er omkostningseffektiv og biokompatibel, og kan hjælpe med at oplade lavenergielektronik som lommeregnere og ure. Detaljerne blev offentliggjort i tidsskriftet Avancerede funktionelle materialer .

"Triboelektriske nanogeneratorer høster mekanisk energi og omdanner den til en elektrisk strøm, " forklarer DGISTs robotingeniør Hoe Joon Kim. "Men mange af de materialer, der bruges i disse enheder, betragtes som en biologisk fare og er ikke egnede til bærbare applikationer. Vores triboelektriske nanogenerator inkorporerer cyclodextrin, et grønt materiale, der er meget udbredt til medicinafgivelse i den menneskelige krop, gør det miljøvenligt og farefrit."

Cyclodextrin er en polysaccharidforbindelse fremstillet af stivelse. Forskerne brugte det til at forbinde natriumioner sammen i det, der er kendt som en metal-organisk ramme (MOF). MOF'er danner porøse materialer, der i vid udstrækning anvendes til gaslagring, katalyse og sansning.

Specifikt, Kim og hans team anvendte ultralyd på en blanding af cyclodextrin og natriumbicarbonat i vand. De tilføjede derefter trimesinsyre og påførte endnu en kort runde ultralyd. Processen sker ved stuetemperatur og fører til dannelsen af ​​en MOF lavet af natriumioner forbundet med cyclodextrinbindinger.

Holdet inkorporerede MOF i en nanogenerator ved at belægge den på en kobberelektrode, som sidder på en plast polyethylenterephthalat (PET) base. Modsat MOF-laget er et Teflon-lag placeret på en anden kobberelektrode, der også er klæbet til et PET-ark. De to sider af nanogeneratoren åbner og lukker som reaktion på bevægelser, såsom gåture eller jogging. Hver gang MOF kommer i kontakt med teflon, elektroner udveksles og en elektrisk strøm genereres. Denne proces kaldes den triboelektriske effekt.

Holdet testede enheden ved at fastgøre den til en sko, en rygsæk, og en persons knæ og mave. De fandt ud af, at den kunne høste mekanisk energi fra at gå, jogging og bøjning, og endda fra nogle typiske yoga-bevægelser. Enheden var i stand til at drive elektronik med lav effekt som et digitalt armbåndsur, et hydrometer og en lommeregner.

"Vores MOF udvider listen over triboelektriske materialer, " siger Kim. Han og hans team planlægger at fortsætte med at lede efter biokompatible materialer, der kan bruges i bærbare applikationer. De arbejder også på at udvikle superkondensatorer, der kan lagre energi genereret fra triboelektriske nanogeneratorer. "Ved at bruge nanogeneratoren og superkondensatoren sammen, vi tror på, at vi kan udvikle næste generations energisystemer til bærbar elektronik, bioenheder og robotter, " han siger.