Команда исследователей KAIST во главе с профессором электротехники Бюнг Джин Чо предложила решение этой проблемы, разработав термоэлектрический (ТЭ) генератор на основе стеклоткани, который является чрезвычайно легким и гибким и вырабатывает электричество из тепла человеческого тела. тело. Фактически, он настолько гибкий, что допустимый радиус изгиба генератора составляет всего 20 мм.
Нет никаких изменений в производительности, даже если генератор изгибается вверх и вниз до 120 циклов.На сегодняшний день разработаны два типа генераторов TE на основе органических или неорганических материалов. В генераторах TE на органической основе используются очень гибкие полимеры, совместимые с кожей человека, идеально подходящие для носимой электроники. Однако полимеры имеют низкую выходную мощность.
Генераторы TE на неорганической основе вырабатывают большую электрическую энергию, но они тяжелые, жесткие и громоздкие.Профессор Чо придумал новую концепцию и технику проектирования для создания гибкого генератора TE, который минимизирует потери тепловой энергии, но максимизирует выходную мощность. Его команда синтезировала жидкие пасты из материалов TE n-типа (Bi2Te3) и p-типа (Sb2Te3) и напечатала их на стеклоткани, применяя технику трафаретной печати.
Пасты проникали через ячейки ткани и образовывали пленки из ТЕ-материалов толщиной в несколько сотен микрон. В результате были напечатаны сотни точек материала TE (в комбинации типов n и p), которые были хорошо расположены на определенной области стеклоткани.Профессор Чо объяснил, что его TE-генератор имеет самоподдерживающуюся структуру, что исключает толстые внешние подложки (обычно сделанные из керамики или оксида алюминия), которые удерживают неорганические TE-материалы.
Эти подложки забрали большую часть тепловой энергии, что является серьезным недостатком, который приводит к низкой выходной мощности.Он также прокомментировал: «В нашем случае стеклоткань сама по себе служит верхней и нижней подложками для TE-генератора, удерживая неорганические TE-материалы между ними.
Это довольно революционный подход к разработке генератора. При этом мы были может значительно снизить вес нашего генератора (~ 0,13 г / см2), который является важным элементом носимой электроники ».При использовании генератора TE KAIST (размером 10 см x 10 см) для носимого браслета он будет производить около 40 мВт электроэнергии, исходя из разницы температур 31 ° F между кожей человека и окружающим воздухом.
Профессор Чо далее рассказал о достоинствах нового генератора:«Наша технология представляет собой легкий и простой способ изготовления чрезвычайно гибкого, легкого и высокопроизводительного TE-генератора. Мы ожидаем, что эта технология найдет дальнейшее применение в масштабируемых системах, таких как автомобили, заводы, самолеты и суда, где мы увидеть, как тратится много тепловой энергии ".