Sähkörauskuista inspiroitu korkeajännitteinen generaattori

UNISTin tutkijat ovat kehittäneet uuden pienenergian keruuteknologian, joka jäljittelee sähkörauskujen biologista mekanismia korkeiden jännitteiden tuottamiseksi. Toisin kuin sähkörauskut, jotka vaativat mekaanista stimulaatiota, tämä uusi lähestymistapa tuottaa energiaa itsenäisesti ilman erityisiä syötteitä.

Professori Hyunhyub Kon johtama tiimi on onnistuneesti valmistanut bioinspiroidun kaksikerroksisen ionisen epäsymmetrisen pinon (BIAS) – 0,2 millimetrin paksuisen ionisen heteroliitoskennon.

Kun useita näiden kennojen kerroksia pinotaan päällekkäin, ne tuottavat yli 100 V:n jännitteitä, mikä mahdollistaa elektronisten laitteiden, kuten LED-valojen, laskinten ja digitaalikellojen, suoran käytön ilman tasasuuntausta.

Vaikka yksi sähkörauskun elektrosyytti tuottaa vain noin 0,1 V, näiden kennojen sarjaan pinoaminen mahdollistaa perinteisiin akkuihin verrattavan korkean jännitteen.

Keskeinen innovaatio on kennon rakenteessa: epäsymmetrisessä kaksoiskerroksessa, joka koostuu kationisista ja anionisista polymeerikalvoista. Tämä kokoonpano luo sisäisen sähkökentän, joka ohjaa ionien migraatiota ja tuottaa biologisen kalvopotentiaalin kaltaisen jännitteen.

Toisin kuin perinteiset ionilaitteet, jotka ovat riippuvaisia ulkoisista ärsykkeistä, kuten mekaanisesta voimasta tai ympäristön muutoksista, BIAS tuottaa sähköä spontaanisti sisäisen ioniliikkeen kautta. Tutkimusryhmä raportoi, että yksi kenno tuottaa noin 0,71 V – yli 30 kertaa enemmän kuin symmetriset rakenteet – ja että useiden kennojen pinoaminen voi tuottaa kestävää virtaa käytännön elektronisille laitteille.

Laite osoitti huomattavaa kestävyyttä ja ympäristön vakautta. Se säilytti jännitteentuoton yli 3 000 mekaanisen venytysjakson jälkeen ja kesti jopa 1,5-kertaisen venymän alkuperäiseen pituuteensa ilman suorituskyvyn heikkenemistä. Lisäksi se toimi luotettavasti laajalla kosteusalueella – kuivista olosuhteista 90 %:n kosteuteen – minimaalisilla tehonvaihteluilla. Nämä ominaisuudet viittaavat vahvaan potentiaaliin puettavalle elektroniikalle, jossa jatkuva liike ja ympäristön vaihtelut ovat yleisiä.

Aiheesta aiemmin:

Sähköä molekyylien ja ionien tasolta

Pisara-akku tasoittaa tietä biointegroinnille

Monipuolinen sähkön käyttäjä; sähköankerias