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                可穿戴◇微電網——能利用人體能量為小型設備卐持續供電

                發布日期:2021/3/18


                      加利福利亞大學聖叠戈分校(the University of California San Diego)的納米工程師開發出一種“可穿戴微ξ 電網”,可以收集並存儲 無用人體的能量來為小型電子設家伙就悲劇了備供電。它主要由三部分構成:汗液驅動的生物燃料電池、運動驅動的摩擦發電機和用於儲能的超級電容器。微電網中所有的部件都是對話完了King等人之后柔軟且可清洗的,都可以通過絲網印刷▅在衣服上。


                      這項技術於 2021 年 3 月 9 日發表在《自然-通訊》(Nature Communications)上,設計靈感來源於社區微電網。


                    “我們正在用微電網的概念來創造可持續、可靠和可獨立供電的可穿戴系統,”該論文的共同第一作者,加州大學聖ζ 地亞哥分校雅各布斯工程學院(Jacobs School of Engineering)納米工程博士生 Lu Yin 說,“這就像城市微臉色平靜電網整合當地多種可再生能源,比如風能和太陽能一樣,可穿戴微電網能夠整合身體不同部位的能量,將其收集並存儲起來聚嬰丹。”


                      構成可穿戴微電網的柔性電子部件由加州大學聖地亞哥分校納米生物工程學教授、本項研究的通訊作者 Joseph Wang 的納米生物電子團隊開發。每個部件都被絲網印為刷在襯衫上,並以一種已經優化了的報復能量收集量的方式放置。


                     從汗液中獲取能量的生物燃料電池位於襯衫內側靠近胸口的位置。摩擦發電機是一種將運動產生的能量轉化千仞峰為電能的裝置,它被放置在里面一年襯衫外側的前臂和身體兩側,可以從走路或跑步時手臂對軀幹的擺動來獲取能量。超級電容放置在襯衫外側的胸口處,它可以暫時存儲以上兩種設備的能量,然後為小型電子設備就算殺不了他供電。


                      通過同時在運動和汗液中收集的規矩行事能量,可穿戴微電網能夠快速持續地為設備供電。只要使用者大成之后可以瞬間凝聚出一千座山峰開始運動,摩擦發電機就能提供電能,不必等待使用者流汗。一旦使用者但你開始出汗,生物燃料電池就會開始提供電能,並能在使用者停止運動後繼續供能。


                   “當你把這兩者放在一起,它們就會互補,”Yin 說,“它們協同工作的,以實現快速啟動和持續供電。”整個系千秋雪冷冷說道統啟動的速度是單獨使用生物燃料電池的兩倍,使用持續時間則是單獨使用摩擦發電機的三倍。


                       該可穿戴微電網在受試◣者身上進行了以 30 分鐘為一個它還在變化中周期的測試,這其中包便繼續開口解釋道括 10 分鐘的自行車機上的╳鍛煉或跑步,然後休息 20 分鐘。在一個周期內,系統提供的電能可為一塊液晶手表或一個小型電致變色顯示器(ECD)供電,後 修真界廣闊無邊者是一種根據電壓改變顏色的設備。


                       研究團隊為所不作理會使用的生物燃料電池配備了一種酶,它可以催化人體汗液中的乳酸分子正是本座和氧分子之間的電子交換,產生電能。Wang 的團隊在 2013 年發表的一篇論文中首次報道了這種使用汗液發電的可儲物手鐲才能歷經時光穿戴設備。他們與加州大學聖地亞哥分校可穿戴傳感器中心(Center for Wearable Sensors)的同事們合作,將這項技術進行了升級,使其具有延展性,並提升了功率以便運行小型電子設備。


                      摩擦發▂電機由放在前臂的負電荷材料和放在身體兩側的正電荷材料構成。當手臂在走路或跑步過程中擺動時,帶相反電荷的材料就會相互摩擦並產生電能。


                      每種可穿戴設備都提供不同類∩型的電能。生物燃料電池提供連續的低電壓,而摩擦發電機則是提供高電壓脈火球頓時變化為一條長長沖。為了使這套系統能給設備供電,需要將這些不同的電壓組合並調節成穩定的電壓。這就是超級電容了器的作用所在:它充當著水庫的角色,暫時儲存這兩種設備產生的能量,並在需要時釋放電能。


                     Yin 將這種設置比作供水系統。


                   “想象一下,生物燃料電池就像一個緩慢流水的水龍頭,摩擦發電機就像一根水流會從中噴湧而出的水管,”他說,“超級電容器就是它們輸入的容器,你可以從容器中抽取任何你需要的水量。”


                      所有部件都是用柔軟的銀連接,這種材料也同樣用於襯衫的印刷,並用一層防水塗層保ξ持絕緣。每個部件的性能都不易因彎曲、折疊或揉皺而受到影響,而且只要不使用洗滌劑,也不會因水云小兄弟洗而受到影響。


                      Yin 說,這項工作的主要創新點並不是可穿戴本身,而是整合所有設備的系統和這整套設備的高效集成。


                    “我們並不是隨便將 A 和 B 組合在一起,就把它稱為系統。我們所選的部件都具備兼容的性》質(所采用的所有部件都可這當真是算計深刻啊一看到烈火劍絲網印刷、柔軟、可拉伸);互相匹配的性能;以及互補的功能。這意味著它們都適用於相同的場合(在這種情況下,嚴格來說是╱運動場合)。”他說。


                       這套特殊的系統對於運動員和其他經常運動的用戶是非常有用的。但這只是♂可穿戴微電網的其中一個應用。“我們不會僅僅局限在這一種設計。我們會根據不同的場景選擇不同類型的能量采集器來適應這套系』統。”Yin 說。


                      研究人員正在研發其他的設計,以便在使用者坐在辦公室或在室外閑逛時也能收集能量。



                來源 :加州大學聖噗遠處叠戈分校  

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