Forskare har nyligen skapat ett unikt triboelektriskt tyg som kan producera energi från kroppsrörelser samtidigt som de behåller bärbarheten hos moderna kläder, enligt en ny studie publicerad i tidskriften. Nanoenergi. Den kan bara driva LED-lampor och miniräknare just nu, men det är ett steg framåt mot framtida bärbara enheter.
Triboelektriska nanogeneratorer (TENG) är den avancerade tekniken som används vid vävning. Det betydande framstegen har övervunnit de vanligaste utmaningarna med bärbara laddningsenheter: stort obehag, en fullständig brist på andningsförmåga och styvhet.
Därför skapade en grupp forskare en ny flerskikts TENG med elektrospunna fibrer. Nanotrådar och ett lager av polystyrenladdning läggs till de triboelektriska nanogeneratorerna för att förhindra energiförlust. Som ett resultat förbättras både den elektriska prestandan och användbarheten hos enheten. Den triboelektriska effekten anses vara avgörande för denna teknik. Som ett resultat använder TENG denna effekt för att omvandla mekanisk kraft till användbar elektrisk energi.
“Kompaktheten hos TENGs gör att de kan användas som bärbara enheter som kan utnyttja kroppsrörelser till kraftelektronik”, står det i ett pressmeddelande. “Eftersom dessa är bärbara enheter, läggs tonvikten på tygets egenskaper (som materialets komfort) och bärförmågan hos nanogeneratorerna.”
Materialen som används i nanogeneratorer är i allmänhet giftfria och säkra att använda. Elektrospunna fibrer kan användas i bärbara applikationer eftersom de är starka, lätta och har värdefulla elektriska egenskaper. Dessutom använde forskarna elektrospunna fibrer, vilket kan förbättra materialets elektrostatiska och laddningsfångande förmåga.
På jakt efter ett möjligt svar skapade forskare från Nanjing University i Kina och Fukui i Japan ett heltfibröst kompositskikt TENG (AF-TENG) som enkelt smälter in med vanligt tyg.
“Med vårt arbete strävar vi efter att ge en ny syn på bärbara energiskördare och smarta textilier”, säger Hiroaki Sakamoto, motsvarande författare till studien.
Två lager av elektrospunna fibrer bildar AF-TENG. Den första är nylon och den andra är polyvinylidenfluorid (PVDF). Silvernanotrådarna skyddar de två skikten, som är förstärkta med elektrospunnen polystyren inklämd mellan det triboelektriska membranet och silvernanotrådarna. Medan man bär membranet orsakar den mekaniska rörelsen av kroppen att de triboelektriska lagren laddas.
“På detta sätt omvandlas mekanisk energi till elektrisk energi, som kan användas för att driva elektroniska enheter,” tillade uttalandet.
I de flesta triboelektriska enheter tappar materialet laddning, vilket minskar effektiviteten hos nanogeneratorn. Polystyrenmembranet, å andra sidan, tillåter enheten att samla och “fånga” laddning samtidigt som dess laddningstäthet bibehålls. Forskarna använde AF-TENG för att driva 136 lysdioder av kommersiell kvalitet (vardera 0,06 watt) i studien för att visa nanogeneratorns effektivitet.
“Denna enhet visar stor potential för att samla in statisk elektricitet från våra kläder,” sa Sakamoto i uttalandet.
Lysdioder och andra energieffektiva enheter är för närvarande högst upp på denna lista. Men denna nya teknik, å andra sidan, representerar ett viktigt steg framåt i utvecklingen av bärbara applikationer, med möjligheten att driva mer sofistikerade enheter i framtiden.
