Термоэлектрические генераторы (ТЭГ) — это устройства, которые могут преобразовывать температурные градиенты в электричество. Такие устройства чрезвычайно полезны для выработки электроэнергии для удаленных датчиков, которые нельзя подключить к основной электросети. Обычный ТЭГ состоит из одной стороны (верхней или нижней), которая излучает тепло для охлаждения, а другая сторона поглощает тепло от солнца или окружающей среды.
Это, в свою очередь, создает внеплоскостной температурный градиент, который преобразуется в электричество. Однако такие требования часто делают проекты громоздкими, сложными и неэффективными. Это, в свою очередь, затрудняет интеграцию ТЭГ с другими компонентами или системами, что ограничивает их применение в системах возобновляемой энергетики.
К счастью, исследователи из Кореи, возможно, теперь нашли способ преодолеть эти проблемы. В новом исследовании исследователи под руководством профессора Юнг Мин Сон из Института науки и технологий Кванджу (GIST) сообщили о новом гибком, легком и биоразлагаемом ТЭГ, который черпает вдохновение из неожиданного места — кожи зебры. По сути, в конструкции используется узор, напоминающий черно-белые полосы зебры, для создания высокого градиента температуры в плоскости для выработки электроэнергии. Прорыв был опубликован в журнале Science Advances.
«Традиционные конструкции ТЭГ большие и громоздкие, поскольку они основаны на естественной конвекции, что приводит к градиенту температуры вне плоскости. Это требует жестких изоляторов, которые ограничивают применение ТЭГ в гибких и носимых устройствах. Теперь мы преодолели эту парадигму. в нашем дизайне путем создания гибкого и биоразлагаемого устройства в плоскости. Это повышает его применимость и снижает воздействие на окружающую среду, делая его масштабируемым, интегрируемым и устойчивым», — объясняет профессор Сонг.
Исследователи использовали поли(L-лактид-ко-ε-капролактон) (PLCL), белый, гибкий и биоразлагаемый материал , для изготовления ТЭГ. PLCL отражает солнечный свет и излучает инфракрасное (ИК) излучение, что позволяет охлаждать область под ним. Поверх этого материала исследователи нанесли черный поли(3,4-этилендиокситиофен):поли(стиролсульфонат) или (PEDOT:PSS), который кажется черным для глаз, выделяя полосы, напоминающие полосы на коже зебры, против PLCL.
Причина, по которой PEDOT:PSS кажется черным, заключается в том, что он поглощает падающий на него солнечный свет, отражая при этом ИК-излучение, идущее снизу (испускаемое PLCL). Это, в свою очередь, повышает температуру области под черными полосами, создавая чередование теплых и холодных областей, т. е. температурный градиент, который затем может преобразовываться в электричество.
Исследователи добились этого преобразования, используя в своей конструкции массив кремниевых наномембран. Новый дизайн смог создать максимальную разницу температур 22°C при максимальной плотности энергии 6 мкВт/м². Более того, устройство было полностью биоразложено без каких-либо побочных продуктов всего за 35 дней.
Благодаря этим замечательным свойствам новый дизайн TEG, несомненно, откроет двери для масштабируемых, экологически чистых энергетических систем.
«Пандемия вызвала широкое использование одноразовых масок и защитного снаряжения, которые оказывают огромное воздействие на окружающую среду . Это подчеркивает необходимость в устойчивых и экологически чистых решениях, таких как ТЭГ, которые могут быть встроены в такие носимые устройства для выполнения специализированных функций, таких как самостоятельная генерация энергии. и ощущения», — говорит профессор Сонг.
«Наш дизайн может заполнить этот пробел благодаря своей легкости и биоразлагаемости. Он также может быть легко интегрирован в различные энергетические технологии и технологии интеллектуальных сетей для дальнейшего повышения их функциональности и воздействия», — заключает он.
