В основу системы лег эффект Зеебека, или термоэлектрический эффект. Он заключается в возникновении термоэлектродвижущей (ЭДС) силы в замкнутой цепи из разнородных проводников, контакты которых находятся в разных температурных условиях. Одним из применений такого эффекта является преобразование энергии тепла от кожи в электричество. Трудность в данном случае заключается в небольшой разнице между средней температурой кожи (32 градуса по Цельсию) и окружающей среды. Помимо низкой мощности, полупроводники, основанные на механизме такого преобразования, также являются дорогими и хрупкими.
В новом исследовании ученые использовали вместо полупроводников электролитические гели с положительными и отрицательными коэффициентами термо-ЭДС. Они соответствовали полупроводникам n- и p-типа. Электролитические гели размещались между двумя типами термоэлементов из двух небольших металлических пластин каждый. Термоэлементы включали в себя различные окислительно-восстановительные (редокс-) пары: ионов Fe2+/Fe3+ и комплексных ионов [Fe(CN)6]3?/[Fe(CN)6]4?. В результате в термоэлементах первого типа на холодном конце появлялся отрицательный потенциал, в термоэлементах второго — положительный.
Термоэлементы располагались на металлических пластинах, выполняющих роль электродов, друг за другом, тогда как сами пластины послойно чередовались. Затем система интегрировалась с перчаткой. При сжатии ладони в кулак между нижележащими и вышележащими пластинами возникала нужная разница температур. Это создавало электрическое напряжение между соседними термоэлементами, оно суммировалось и росло. При температуре воздуха 5 градусов по Цельсию ученым удалось генерировать таким образом потенциал в 0,7 вольт и мощность в 0,3 микроватт. Максимальный уровень потенциала приближался к 1 вольту.
По словам авторов, такой подход позволяет реализовать на его основе носимые источники питания, в частности для датчиков в «умной» одежде или аккумулятора для смартфона. В ближайшее время исследователи намерены оптимизировать технологию, повысив мощность материала даже при незначительной разнице температур.
Hi-Tech
Денис Стригун
