Según un equipo internacional de investigadores, dirigido por Huanyu "Larry" Cheng, Dorothy Quiggle Career Development Professor en Penn State's, podría ser posible un sistema extensible que pueda recolectar energía de la respiración y el movimiento humanos para su uso en dispositivos portátiles de monitoreo de la salud.Departamento de Ciencias de la Ingeniería y Mecánica.
El equipo de investigación, con miembros de Penn State y la Universidad de Minjiang y la Universidad de Nanjing, ambas en China, publicó recientemente sus resultados en nano energía .
Según Cheng, las versiones actuales de baterías y supercondensadores que alimentan dispositivos portátiles y extensibles de monitoreo y diagnóstico de la salud tienen muchas deficiencias, incluida la baja densidad de energía y la capacidad de estiramiento limitada.
"Esto es algo bastante diferente a lo que hemos trabajado antes, pero es una parte vital de la ecuación", dijo Cheng, y señaló que su grupo de investigación y sus colaboradores tienden a centrarse en el desarrollo de sensores en dispositivos portátiles ".trabajando con sensores de gas y otros dispositivos portátiles, siempre necesitamos combinar estos dispositivos con una batería para alimentarlos. El uso de micro-supercondensadores nos da la capacidad de autoalimentar el sensor sin la necesidad de una batería ".
Una alternativa a las baterías, los micro-supercondensadores son dispositivos de almacenamiento de energía que pueden complementar o reemplazar las baterías de iones de litio en dispositivos portátiles. Los micro-supercondensadores tienen una huella pequeña, alta densidad de potencia y la capacidad de cargar y descargar rápidamente. Sin embargo,Según Cheng, cuando se fabrican para dispositivos portátiles, los micro-supercondensadores convencionales tienen una geometría apilada "similar a un sándwich" que muestra poca flexibilidad, largas distancias de difusión de iones y un proceso de integración complejo cuando se combinan con dispositivos electrónicos portátiles.
Esto llevó a Cheng y su equipo a explorar arquitecturas de dispositivos y procesos de integración alternativos para avanzar en el uso de micro-supercondensadores en dispositivos portátiles. Descubrieron que la disposición de las células de micro-supercondensadores en un diseño de puente de isla serpentino permite que la configuración se estire ydoblar en los puentes, mientras se reduce la deformación de los micro-supercondensadores - las islas. Cuando se combinan, la estructura se convierte en lo que los investigadores denominan "matrices de micro-supercondensadores".
"Al usar un diseño de puente de isla al conectar las celdas, las matrices de micro-supercondensadores mostraron una mayor capacidad de estiramiento y permitieron salidas de voltaje ajustables", dijo Cheng. "Esto permite que el sistema se estire reversiblemente hasta un 100%".
Mediante el uso de nanohojas ultrafinas de zinc-fósforo sin capas y espuma de grafeno inducida por láser 3D, un nanomaterial altamente poroso que se calienta automáticamente, para construir el diseño de puente de islas de las células, Cheng y su equipo vieron mejoras drásticasen conductividad eléctrica y la cantidad de iones cargados absorbidos. Esto demostró que estas matrices de micro-supercondensadores pueden cargar y descargar de manera eficiente y almacenar la energía necesaria para alimentar un dispositivo portátil.
Los investigadores también integraron el sistema con un nanogenerador triboeléctrico, una tecnología emergente que convierte el movimiento mecánico en energía eléctrica. Esta combinación creó un sistema autoalimentado.
"Cuando tenemos este módulo de carga inalámbrico que se basa en el nanogenerador triboeléctrico, podemos recolectar energía en función del movimiento, como doblar el codo o respirar y hablar", dijo Cheng. "Podemos usar estos movimientos humanos cotidianos paracargar los micro-supercondensadores. "
Al combinar este sistema integrado con un sensor de deformación basado en grafeno, las matrices de micro-supercondensadores que almacenan energía, cargadas por los nanogeneradores triboeléctricos, pueden alimentar el sensor, dijo Cheng, mostrando el potencial de este sistema para alimentardispositivos estirables y portátiles.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Penn State . Original escrito por Tessa M. Pick. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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