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人体秒变“生物电池”!运动能量持续供电,未来可穿戴设备或将不再使用电池

Evelyn Zhang

加州大学圣地亚哥分校的纳米工程师已经开发出一种“可穿戴微电网”(wearable microgrid)。它的神奇之处在于:可以从人体收集和储存能量,为小型电子设备供电。

它由三个主要部分组成:汗液驱动的生物燃料电池,被称为摩擦发电机(triboelectric generators)的运动驱动装置,以及储能超级电容器。所有部件都是灵活的,可清洗,并且可以丝网印刷到衣服上。

3月9日发表在《自然·通讯》(Nature Communications)杂志上的一篇论文报道了这项技术。该研究由加州大学圣地亚哥分校的纳米生物电子团队纳米工程教授Joseph Wang领导。

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“我们正在应用微电网的概念来创建可持续、可靠和独立供电的可穿戴系统,”联合第一作者、加州大学圣地亚哥分校雅各布斯工程学院纳米工程博士生Lu Yin表示。“就像城市微电网集成了多种当地的可再生能源,如风能和太阳能,可穿戴微电网集成了从当地身体不同部位收集能量的设备,比如汗液和运动,同时还能实现能量存储。”

从汗液中获取能量的生物燃料电池,位于衬衫的胸部。将运动能量转化为电能的装置,被称为摩擦发电机,它被放置在衬衫外侧的前臂和腰部附近的身体两侧。它们可以从走路或跑步时,手臂对躯干的摆动运动中获取能量。胸部衬衫外面的超级电容暂时储存两种设备的能量,然后将其放电给小型电子设备供电。

从运动和汗水中收集能量,使可穿戴微电网能够快速持续地为设备供电。只要用户开始运动,摩擦发电机就会在流汗之前立即提供电力。一旦用户开始出汗,生物燃料电池就会开始提供电力,并在用户停止移动后继续提供电力。

两者是互补和协同的,可以实现快速启动和持续供电。“整个系统启动速度是单独使用生物燃料电池的2倍,使用时间是单独使用摩擦发电机的3倍。”

研究人员用这一可穿戴微电网在受试者身上进行了30分钟的测试,其中包括10分钟的骑自行车机锻炼或跑步,然后是20分钟的休息。结果显示,该系统能够在30分钟内为液晶手表或小型电致变色显示器(electrochromic display)供电。

编译/前瞻经济学人APP资讯组

参考来源:https://scitechdaily.com/wearable-microgrid-harvests-energy-from-human-body-to-power-electronic-gadgets/

https://www.nature.com/articles/s41467-021-21701-7


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