可穿戴计算机或设备被誉为下一代移动电子产品,从智能手表到智能眼镜再到智能心脏起搏器。对于用户佩戴的电子设备,它们必须轻便,灵活并且配备有电源,该电源可以是便携式,持久的电池或者除了发电机之外根本没有电池。如何以稳定可靠的方式供电是可穿戴设备商业化的最关键问题之一。
由电气工程教授Byung Jin Cho领导的KAIST研究小组通过开发一种基于玻璃纤维的热电(TE)发电机提出了解决这一问题的方法,该发电机非常轻便灵活,可以利用人体的热量发电身体。事实上,它非常灵活,发电机的允许弯曲半径低至20毫米。即使发电机向上和向下弯曲多达120个循环,性能也没有变化。
迄今为止,已经基于有机或无机材料开发了两种类型的TE发生器。有机基TE发生器使用高度柔韧且与人体皮肤兼容的聚合物,是可穿戴电子产品的理想选择。然而,聚合物具有低功率输出。无机基TE发生器产生高电能,但它们重,刚性和笨重。
Cho教授提出了一种新的概念和设计技术,以构建一个灵活的TE发电机,最大限度地减少热能损失,同时最大化功率输出。他的团队合成了液体状的n型(Bi2Te3)和p型(Sb2Te3)TE材料,并通过丝网印刷技术将它们印刷到玻璃织物上。糊剂渗透通过织物的网眼并形成厚度为几百微米的TE材料薄膜。结果,数百个TE材料点(n和p型组合)被印刷并很好地排列在玻璃织物的特定区域上。
Cho教授解释说,他的TE发生器具有自持结构,消除了厚厚的外部基板(通常由陶瓷或氧化铝制成),可以容纳无机TE材料。这些基板已经带走了很大一部分热能,这是导致低输出功率的严重挫折。
他还评论说:“对于我们的情况,玻璃织物本身作为TE发生器的上下基板,保持无机TE材料介于两者之间。这是设计发电机的一种革命性的方法。这样做,我们是能够显着减轻发电机的重量(~0.13g / cm2),这是可穿戴电子设备的必备元件。“
当使用KAIST的TE发生器(尺寸为10 cm x 10 cm)作为可穿戴式腕带设备时,根据人体皮肤与周围空气之间31°F的温差,它将产生约40 mW的电力。
Cho教授进一步描述了新发电机的优点:
“我们的技术提供了一种简单易行的方法来制造极其灵活,轻便,高性能的TE发电机。我们希望这项技术能够在汽车,工厂,飞机和船舶等扩展系统中得到进一步应用。看到浪费了大量的热能。“