Тело человека как источник питания носимых систем

Термоэлектрический прибор преобразует энергию, используя напряжение, вырабатываемое за счет разницы температур между двумя концами материала - он способен преобразовывать тепловую энергию в электричество, которое может использоваться в повседневной жизни. Существующие термоэлектрические устройства являются жесткими, поскольку состоят из электродов на основе твердых металлов и полупроводников, что препятствует полному поглощению источников тепла с неровных поверхностей. Поэтому в последнее время активно ведутся исследования по разработке гибких термоэлектрических устройств, способных вырабатывать энергию в тесном контакте с различными источниками тепла, в том числе такими как человеческая кожа.

Ученые из Корейского института науки и технологий (KIST) разработали тонкие и гибкие термоэлектрические устройства, обладающие высокими энергетическими характеристиками за счет максимальной гибкости и эффективности теплопередачи. Разработчики также представили план массового производства с помощью автоматизированного рабочего процесса, включающего печатный процесс.

По словам корейских ученых,

Эти исследования показали, что с помощью внешних источников тепла можно работать с существующими носимыми устройствами, такими как высокотемпературные перчатки. В дальнейшем мы разработаем гибкую термоэлектрическую платформу, которая сможет работать с носимыми устройствами, получая энергию только за счет тепла тела.

Функциональный композитный материал, платформа термоэлектрических устройств и высокопроизводительный автоматизированный процесс, разработанный в рамках данного исследования, смогут в будущем способствовать коммерциализации носимых устройств, не требующих батареек.

Что касается существующих подложек, используемых для исследований гибких термоэлектрических устройств, то их эффективность передачи тепловой энергии низка за счет очень низкой теплопроводности. Их эффективность теплопоглощения также низка из-за отсутствия гибкости, образующей при контакте с источником тепла слой теплоизоляции, состоящий, например, из воздуха. Для решения этой проблемы разрабатываются термоэлектрические устройства на основе органических материалов с высокой гибкостью, однако их применение в носимых устройствах неэффективно из-за их значительно более плохих характеристик по сравнению с существующими жесткими термоэлектрическими устройствами на основе неорганических материалов.

Группа корейских исследователей повысила гибкость при одновременном снижении сопротивления системы за счет подключения высокоэффективного термоэлектрического устройства на основе неорганических материалов к растяжимой подложке, состоящей из нанопровода серебра. Новое устройство продемонстрировало превосходную гибкость, обеспечивая тем самым стабильную работу даже при изгибе или растяжении. Кроме того, внутри растягивающейся подложки были вставлены металлические частицы с высокой теплопроводностью, что позволило увеличить теплопередачу на 800% (1,4 Вт/мК) и выработку электроэнергии более чем в три раза.