Ontwikkeling van brontechnologie voor het gebruik van draagbare apparaten zonder opladen

Ondanks de voortdurende ontwikkeling en commercialisering van verschillende draagbare elektronische apparaten, zoals smartbanden, wordt de vooruitgang met deze apparaten afgeremd door een belangrijke beperking, aangezien ze regelmatig moeten worden opgeladen. Een nieuwe technologie die is ontwikkeld door een Zuid-Koreaans onderzoeksteam is echter een hot topic geworden, omdat het een aanzienlijk potentieel laat zien om deze beperking voor draagbare elektronische apparaten te overwinnen.

Het Korea Institute of Science and Technology (KIST), of KIST, heeft aangekondigd dat een onderzoeksteam onder leiding van directeur Jin-Sang Kim van het Jeonbuk Institute of Advanced Composite Materials een zeer efficiënt flexibel thermo-elektrisch apparaat heeft ontwikkeld dat in staat is om autonoom wat van de elektriciteit die nodig is voor de werking van lichaamswarmte. Het door het team ontwikkelde apparaat beschikt over verbeterde thermische isolatiemogelijkheden, mogelijk gemaakt door de fabricage van de flexibele siliconenverbinding (PDMS) in een sponsachtige configuratie, die vervolgens werd gebruikt als een raamwerk voor het innovatief verbeteren van de prestaties van het apparaat.

Thermo-elektrische apparaten kunnen elektriciteit opwekken door gebruik te maken van het temperatuurverschil tussen de twee uiteinden van het apparaat, en zijn gebruikt als milieuvriendelijke generatoren van energie uit bronnen zoals de warmte van voertuigmotoren of afvalwarmte van energiecentrales. Omgekeerd, door in plaats daarvan elektriciteit toe te passen op het thermo-elektrische apparaat, kan het ene uiteinde van het apparaat worden gekoeld terwijl het andere warmte genereert, waardoor ze ook kunnen worden gebruikt in temperatuurregelsystemen voor kleine koelkasten, koelplaten voor voertuigen en halfgeleiderapparatuur.

Normale thermo-elektrische apparaten hebben gewoonlijk een stijf keramisch substraat dat de thermo-elektrische halfgeleider ondersteunt, waardoor ze moeilijk te gebruiken zijn op gebogen oppervlakken, terwijl bij flexibele thermo-elektrische apparaten een polymeer materiaal de thermo-elektrische halfgeleider omhult, in tegenstelling tot een keramisch substraat, waardoor het apparaat kan worden gebogen gemakkelijk. Wanneer een dergelijk apparaat op het lichaam wordt gedragen, kan elektriciteit autonoom worden opgewekt en kan het mogelijk ook worden gebruikt als draagbare airconditioner. Als gevolg hiervan hebben flexibele thermo-elektrische apparaten veel aandacht gekregen op het gebied van draagbare elektronische apparaten. De polymeermaterialen die worden gebruikt om het flexibele substraat te produceren, hebben echter een hoge thermische geleidbaarheid en kunnen daarom de warmte aan beide uiteinden van het apparaat niet blokkeren. Dientengevolge hebben de flexibele apparaten die tot nu toe zijn geproduceerd de fatale tekortkoming gehad dat ze niet konden presteren op een niveau dat vergelijkbaar is met commerciële thermo-elektrische apparaten met een stijf substraat.

Bij het zoeken naar een oplossing voor dit probleem, vervaardigde het onderzoeksteam van KIST een polymeermateriaal met een sponsconfiguratie, door eerst een siliconenverbinding op een suikerklontje te gieten en de oplossing te laten stollen, en vervolgens het suikerklontje in water op te lossen. Dientengevolge, terwijl het suikerklontje oploste, werd de ruimte die door het kubus werd ingenomen, omgevormd tot een structuur bestaande uit micro-luchtbellen. Het thermische isolatievermogen van deze structuur was 50% hoger dan die van conventionele materialen, waardoor het de overdracht van warmte effectief blokkeerde. Het team van KIST heeft dit substraat gebruikt als ondersteuningsframe om een ​​flexibel thermo-elektrisch apparaat te ontwikkelen dat geen prestatieverlies lijdt. Het apparaat van het team vertoonde prestaties die meer dan 20% superieur waren aan bestaande flexibele thermo-elektrische apparaten en vergelijkbaar met bestaande commerciële apparaten. Het onderzoeksteam (inclusief de eerste co-auteurs: Dr. Sung-Jin Jung, Dr. Joonchul Shin) was in staat om met succes hun flexibele apparaat te gebruiken om een ​​LED-lamp met lichaamswarmte aan te doen.

Directeur Jin-Sang Kim van de Jeonbuk-tak van KIST verklaarde dat “ de efficiëntie van ons flexibele thermo-elektrische apparaat werd verhoogd tot een niveau dat vergelijkbaar is met dat van commerciële thermo-elektrische apparaten door een eenvoudig, goedkoop proces waarbij een oplossing op suiker moet worden gegoten en de oplossing om te stollen. ” Hij merkte ook op, “als we een voldoende aantal thermo-elektrische apparaten zouden gebruiken, zou het zeker mogelijk moeten zijn om slimme banden te produceren die alleen op lichaamswarmte werken.”