PowerPulse
В результате недавних исследований, проведенных в Школе материаловедения и инженерии Ульсанского национального института науки и технологий (UNIST) в Южной Корее под руководством профессора Кен Цзинь Чоя (Kyoung Jin Choi), была создана система сбора энергии, способная вырабатывать электричество, будучи просто прикрепленной к одежде, окну или внешний стене здания.
В рамках этих исследований профессор Чой и его команда разработали носимый солнечный термоэлектрический генератор (W-STEG), объединив на полиамидной подложке BiTe (теллурид-висмутовые) полупроводниковые термопары с поглотителями солнечной энергии.
Термопары изготавливались струйной печатью с помощью чернил, образованных механическим соединением порошка на основе BiTe и спекающей добавки на основе диспергированного в глицерине теллурида сурьмы (Sb2Te3). Исследователи сообщили, что W-STEG, состоящий из 10 полупроводниковых p-n термопар, на солнечном свете имеет напряжение холостого хода 55.15 мВ и выходную мощность 4.44 мкВт.
 |
| Нанесенные методом струйной печати термоэлектрические элементы могут иметь различную форму. |
Это новое устройство основано на разности температур между горячей и холодной сторонами. Разность температур может быть увеличена до 20.9 °C, что намного больше типичных значений от 1.5 °C до 4.1 °C, получаемых в носимых термоэлектрических генераторах от тепла человеческого тела.
Как ожидает исследовательская группа, их носимый солнечный термоэлектрический генератор послужит наглядным подтверждением перспективности дальнейшего повышения эффективности за счет увеличения разности температур.
Сбор энергии – это разноплановая область, охватывающая множество технологий, включая процессы улавливания ничтожного количества энергии, которая была бы напрасно потеряна в виде тепла, света, звука, вибрации или движения. Термоэлектрические генераторы относятся к устройствам, преобразующим неиспользуемую энергию тепла, такую как солнечная энергия, геотермальная энергия или тепло человеческого тела, в дополнительную электроэнергию.
В последнее время наблюдается значительный рост интенсивности исследований термоэлектрических генераторов, использующих разность температур между человеческим телом и окружающей средой. Однако одним из основных недостатков технологии носимых термоэлектрических генераторов являлась незначительная разность температур, создаваемая теплом человеческого тела, и составляющая всего 1…4 °C, что препятствовало дальнейшей коммерциализации.
Проблему низкой разности температур обычных носимых термоэлектрических генераторов исследователи решили, нанеся местный поглотитель солнечной энергии на полиамидную подложку. Солнечный поглотитель образован пятипериодной кристаллической сверхрешеткой Ti/MgF2, в которой структура и толщина каждого слоя оптимизировались для наилучшего поглощения солнечного света. Это увеличило разность температур до 20.9 °C – наивысшего значения, достигнутого для носимых термоэлектрогенераторов на сегодняшних день.
«Благодаря этим исследованиям мы на порядок увеличили разность температур по сравнению с обычными носимыми солнечными термоэлектрическими генераторами, – говорит Су Ен Чун (Yeon Soo Jung) из Высшей школы материаловедения и инженерии при UNIST. – Поскольку выход термоэлектрического генератора пропорционален квадратному корню из разности температур, с помощью этой технологии можно значительно увеличить выходную мощность».
«Как ожидается, наши новые носимые термоэлектрические генераторы найдут применение во множестве приложений, таких как носимые электронные устройства, – сказал профессор Чой. – В перспективе они также послужат катализатором дальнейшего развития рынка носимых электронных технологий».
Отчет о результатах исследований был опубликован в августовском номере престижного журнала Nano Energy. Эта работа была поддержана Национальным Советом по науке и технике Республики Корея и партнерской программой KIST-UNIST.
