Китайські вчені створили гнучкий генератор, який працює навіть після 8 тисяч згинань. Науковці з Китаю представили новий тип генератора, здатного виробляти електроенергію з вологи навколишнього середовища та зберігати стабільну роботу навіть після тисяч циклів згинання й розтягування. Розробка може стати важливим кроком у створенні автономних носимих електронних пристроїв, які не потребуватимуть частого заряджання.
Дослідження провели фахівці з Харбінського технологічного інституту. Їхня мета полягала у вирішенні однієї з головних проблем гідрогелевих генераторів — недостатньо міцного з’єднання між шаром гідрогелю та електродами. Саме через це багато подібних пристроїв втрачають ефективність або виходять з ладу під час деформації.
Енергія з повітряної вологи
Гідрогелеві генератори останніми роками привертають дедалі більше уваги науковців. Такі системи здатні перетворювати вологу з навколишнього середовища на електричну енергію. Їхня головна перевага — м’якість, еластичність та можливість інтеграції в одяг, медичні сенсори або імплантовані пристрої.
Однак більшість існуючих рішень стикається з проблемою довговічності. Постійні згинання, скручування та розтягування призводять до руйнування контактів між окремими компонентами, що негативно впливає на вироблення електроенергії.
Новий підхід до конструкції
Щоб усунути цей недолік, китайські дослідники створили спеціальний високоадгезивний гідрогель. До його складу додали суміш води та гліцерину, яка значно покращила зчеплення матеріалу з електродами.
У конструкції генератора також використали рідкий метал і гнучкі срібні електроди. Завдяки гліцерину в структурі гідрогелю утворилося більше водневих зв’язків, що збільшило кількість точок контакту між шарами пристрою. Це дозволило знизити електричний опір і покращити рух іонів усередині системи. Крім того, гліцерин зробив матеріал стійкішим до висихання, замерзання та надмірного набухання, що особливо важливо для роботи в різних кліматичних умовах.
Вражаюча витривалість
Під час випробувань новий генератор продемонстрував вихідну напругу понад 0,94 вольта та щільність струму 141 мікроампер на квадратний сантиметр. Проте найбільше вражають показники довговічності.
Після 1040 циклів розтягування пристрій продовжував працювати практично без змін характеристик. А після 8000 циклів згинання під кутом 180 градусів науковці зафіксували лише мінімальне зниження продуктивності. Такі результати свідчать про те, що технологія здатна витримувати щоденні навантаження, характерні для носимих електронних пристроїв.
Перспективи використання
Дослідники вважають, що новий генератор може знайти застосування у багатьох сферах. Насамперед йдеться про смарт-годинники, медичні датчики та системи моніторингу здоров’я, які працюють без зовнішніх джерел живлення.
Серед можливих застосувань називають датчики контролю дихання, пристрої для постійного спостереження за фізіологічними показниками людини та інші автономні електронні системи.
На думку авторів роботи, запропонований підхід може стати основою для нового покоління гнучкої електроніки, яка буде не лише комфортною у використанні, а й здатною самостійно забезпечувати себе енергією навіть у складних умовах експлуатації. Це наближає появу пристроїв, які працюватимуть довше, надійніше та практично непомітно для користувача. Дослідження було опубліковано в журналі
Nano-Micro Letters.