Levert je lichaamswarmte de stroom voor je volgende smartwatch?
Het Ulsan National Institute of Science and Technology heeft een onderzoek gepubliceerd dat smartwatchfans zal aanspreken. Dankzij een batterij die het verschil tussen lichaamswarmte en omgevingstemperatuur benut, zou een zelfladend horloge mogelijk worden. Ook andere wearables zouden van die vooruitstrevende technologie kunnen profiteren. (via DongA Science)
Het onderzoek van de Koreaanse universiteit stond onder leiding van professor Jang Sung-yeon. Het ionische thermo-elektrische materiaal is verwerkt in een dunne, flexibele film. ‘Thermo-elektrisch’ betekent dat het energie genereert uit het temperatuurverschil tussen de lucht en je lichaam. Het zou tot 70% efficiënter werken dan eerdere, gelijkaardige materialen. Daardoor zou zelfs een klein temperatuurverschil toch voldoende energie kunnen opleveren.
Ionen verhuizen naar de koude kant
De beweging van de ionen tussen de binnen- en de buitenkant van het thermo-elektrisch materiaal is wat energie creëert. Daarvoor heb je een p-type-materiaal nodig, waarin positieve ionen (kationen)bewegen, en een n-type-materiaal, waarin negatieve ionen (anionen) bewegen. Wanneer er een temperatuurverschil is, verplaatsen de ionen zich naar de koudere kant, waardoor een spanning ontstaat.
Het onderzoeksteam ontwikkelde een p-type-materiaal op basis van PEDOT:PSS (een polymeercomposiet) en een n-type-variant met koperchloride toegevoegd aan dat composiet. Dat polymeercomposiet is in beide gevallen licht en flexibel als film, zodat het gemakkelijk kan worden geplaatst op gebogen oppervlakken.
Een module met 10 gekoppelde paren van dat materiaal leverde 1,03 V per graad temperatuurverschil en kon een ledlamp laten branden bij slechts 1,5 °C verschil. De prestaties bleven meer dan 95% stabiel gedurende een testperiode van twee maanden.
Te veel is nooit goed
De reden voor de veel betere efficiëntie bij dit onderzoek komt door een slimme balans tussen voldoende ionen (een hogere concentratie zorgt voor meer efficiëntie, maar te veel zorgt voor vertragingen) en een goede interne structuur van het materiaal. Die structuur beïnvloedt de diffusiesnelheid, de snelheid waarmee de ionen bewegen. Door de additieven en interne structuur te optimaliseren, konden ze de maximale vermogensdichtheid bereiken.
Of dit de technologie van de toekomst wordt, zullen we pas kunnen zeggen als het ook toepasbaar blijkt in een productieomgeving. Intussen moeten we het nog even stellen met smartwatches die het maar één dag tot maximaal enkele weken volhouden.
