Zetmeel en bakpoeder gebruiken om mechanische energie te oogsten

Wetenschappers hebben een verbinding gebruikt die is gemaakt van een zetmeelderivaat en bakpoeder om mechanische energie om te zetten in elektrische energie. De aanpak, ontwikkeld door wetenschappers van het Daegu Gyeongbuk Institute of Technology (DGIST), met collega’s in Korea en India, is kosteneffectief en biocompatibel en kan helpen bij het opladen van energiezuinige elektronica zoals rekenmachines en horloges. De details zijn gepubliceerd in het tijdschrift Geavanceerde functionele materialen.

“Tribo-elektrische nanogeneratoren oogsten mechanische energie en zetten deze om in elektrische stroom”, legt DGIST-robotica-ingenieur Hoe Joon Kim uit. “Maar veel van de materialen die in deze apparaten worden gebruikt, worden als biologisch gevaarlijk beschouwd en zijn niet geschikt voor draagbare toepassingen. Onze tribo-elektrische nanogenerator bevat cyclodextrine, een groen materiaal dat veel wordt gebruikt voor medicijnafgifte in het menselijk lichaam, waardoor het milieuvriendelijk en gevaarlijk is. -vrij.”

Cyclodextrine is een polysacharideverbinding die wordt geproduceerd uit zetmeel. De wetenschappers gebruikten het om natriumionen aan elkaar te koppelen in wat bekend staat als een metaal-organisch raamwerk (MOF). MOF’s vormen poreuze materialen die veel worden gebruikt in gasopslag, katalyse en detectie.

In het bijzonder pasten Kim en zijn team ultrageluid toe op een mengsel van cyclodextrine en natriumbicarbonaat in water. Daarna voegden ze trimesinezuur toe en pasten nog een korte echografie toe. Het proces vindt plaats bij kamertemperatuur en leidt tot de vorming van een MOF gemaakt van natriumionen die aan elkaar zijn verbonden door cyclodextrinebindingen.

Het team nam de MOF op in een nanogenerator door deze te coaten op een koperen elektrode, die op een plastic polyethyleentereftalaat (PET) basis zit. Tegenover de MOF-laag is een Teflon-laag geplaatst op een tweede koperelektrode die ook op een PET-plaat is geplakt. De twee zijden van de nanogenerator gaan open en dicht als reactie op bewegingen, zoals wandelen of joggen. Elke keer dat de MOF contact maakt met de teflon, worden elektronen uitgewisseld en wordt een elektrische stroom opgewekt. Dit proces wordt het tribo-elektrisch effect genoemd.

Het team testte het apparaat door het aan een schoen, een rugzak en de knie en buik van een persoon te bevestigen. Ze ontdekten dat het mechanische energie kon oogsten van wandelen, joggen en buigen, en zelfs van enkele typische yogabewegingen. Het apparaat was in staat om elektronica met een laag vermogen aan te sturen, zoals een digitaal polshorloge, een hydrometer en een rekenmachine.

“Onze MOF breidt de lijst met tribo-elektrische materialen uit”, zegt Kim. Hij en zijn team zijn van plan om te blijven zoeken naar biocompatibele materialen die kunnen worden gebruikt in draagbare toepassingen. Ze werken ook aan de ontwikkeling van supercondensatoren die energie kunnen opslaan die wordt gegenereerd door tribo-elektrische nanogeneratoren. “Door de nanogenerator en de supercondensator samen te gebruiken, geloven we dat we energiesystemen van de volgende generatie kunnen ontwikkelen voor draagbare elektronica, biodevices en robots”, zegt hij.