Przewodząca tkanina wykorzystuje ciepło ludzkiego ciała do zasilania ubieralnych komputerów
Wyobraźmy sobie, że zamiast urządzenia śledzącego aktywność fizyczną można by założyć na siebie bluzę, która monitorowałaby tętno i rejestrowała intensywność treningu. Problemem jest oczywiście to, że ubrania na siłownię wypada wyprać po użyciu, a jak wiadomo, elektronika i woda nie są najlepszymi przyjaciółmi. W ramach finansowanego ze środków UE projektu ThermoTex zajęto się tym wyzwaniem, badając potencjał elektroniki z tworzywa sztucznego, która może działać bez baterii, wykorzystując energię z ciepła ciała użytkownika.
Sondy kosmiczne
Generatory termoelektryczne wykorzystują różnicę temperatur na całej powierzchni do wytwarzania energii elektrycznej, czasami wykorzystując jako źródło ciepła materiał radioaktywny. „Używa się ich zazwyczaj w sytuacjach, w których pieniądze nie mają znaczenia”, mówi Christian Müller, koordynator projektu ThermoTex. „Urządzenia termoelektryczne służą do zasilania sond kosmicznych, jak również latarni morskich w Arktyce”. Istniejące technologie termoelektryczne opierają się na delikatnych i toksycznych stopach metali, które nie nadają się do stosowania w materiałach włókienniczych. Aby stworzyć elektronikę do noszenia na ciele, Müller i jego zespół na Politechnice Chalmers w Szwecji pracowali z tworzywami sztucznymi przewodzącymi prąd elektryczny. „Są one mniej wydajne niż stopy metali, ale za to bardzo tanie w obróbce i produkcji. Zyskaliśmy zatem sporo po stronie kosztów”, wyjaśnia.
Gradient temperatury
Wydajność urządzeń termoelektrycznych zależy jednak od tego, jak duża jest ta różnica temperatur. „Nie mówimy tu o możliwości pozyskania ogromnych ilości energii”, dodaje Müller. „Jesteśmy zainteresowani rozwojem tej technologii na potrzeby zasilania małych, noszonych na ciele urządzeń i czujników działających w oparciu o internet rzeczy”. W tym celu zespół przekształcił przewodzące tworzywa sztuczne w włókna lub przędze, a ostatecznie w materiały włókiennicze, które można było zorganizować jak układ elektroniczny. Egzemplarz opracowany na potrzeby weryfikacji poprawności projektu może wygenerować tylko około mikrowata mocy – znacznie mniej niż ogniwo fotowoltaiczne w kalkulatorze zasilanym energią słoneczną. Jednak, jak wyjaśnia Müller, może nadal być on przydatny: „Wyobrażam sobie czujnik o działaniu wybiórczym, a nie ciągłym, który gromadzi energię w kondensatorze i przesyła dane w trybie przerywanym”. Przędze termoelektryczne Müllera można prać co najmniej 15 razy, czyli znacznie więcej niż dostępne na rynku przędze posrebrzane. Jak wykazał badacz wizytujący, Byungil Hwang z Uniwersytetu Chung-Ang w Korei Południowej, prane mogą być nawet przędze na bazie srebra. Jak mówi Müller, tego rodzaju współpraca ma miejsce tam, gdzie wartość finansowania ze środków UE jest najbardziej widoczna.
Postępy w dziedzinie
„Dotacja zapewniła nam o wiele więcej niż tylko środki finansowe”, zauważa. „Finansowanie ze strony Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych dało nam znaczący wyraz akceptacji, co sprawiło, że inne grupy chciały wejść z nami we współpracę i zainspirowało je to do prowadzenia własnych badań”. Jak mówi Müller, działania te przyczyniły się w ciągu ostatnich 5 lat do przyspieszenia rozwoju w zakresie termoelektryki użytkowej: „Wiele innych grup podchwyciło ten pomysł. To ważne, że nie pracujemy nad tym tylko my”. W wyniku realizacji projektu ThermoTex zespół opublikował 29 prac, a 10 innych jest w trakcie przygotowywania. Wraz z zespołem Mariano Campoy-Quiles z ICMAB-CSIC w Hiszpanii uzyskali oni również patent na nowy materiał, który może zmieniać typ nośnika większościowego pod wpływem oświetlenia światłem ultrafioletowym. Jak mówi Müller, najważniejszymi elementami badań są ludzie, publikacje i patenty.
Słowa kluczowe
ThermoTex, termoelektryczny, tkanina, przędza, tworzywo sztuczne, srebro, latarnia morska, kondensator, czujnik, internet rzeczy
