Figura 1. Potência termelétrica gigante de materiais termoelétricos iônicos (i-TE). (A) materiais i-TE de Gelatina- x KCl- m / n FeCN4- / 3- ( x é KCl e m / n são K4Fe (CN) 6 / K3Fe (CN) 6 concentrações molares, respectivamente) neste trabalho como Gelatina ( x =0 M, m / n =0 M), Gelatina-FeCN4- / 3- ( x =0 M, m / n =0,42 / 0,25 M), Gelatina-KCl ( x =0,8 M, m / n =0 M) e Gelatina-KCl-FeCN4- / 3- ( x =0,8 M, m / n =0,42 / 0,25 M, proporção de volume de água para gelatina r v =2,0 e 3,0). (B) Potência térmica absoluta de materiais i-TE contendo o efeito de termodifusão ou o efeito termogalvânico. Crédito:Southern University of Science and Technology
Pesquisa inovadora publicada em Ciência e liderada pela Southern University of Science and Technology (SUSTech) descobriu que a gelatina poderia ser usada para alimentar dispositivos no futuro, usando apenas o calor gerado pelo corpo humano.
Professor Associado Weishu Liu (MSE, SUSTech) liderou sua equipe de pesquisa, em colaboração com o Professor Gang Chen no Departamento de Engenharia Mecânica, Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), para desenvolver um dispositivo vestível à prova de conceito movido a gelatina. O artigo foi publicado online no jornal acadêmico de alto impacto, Ciência como primeiro lançamento, Sob o título, "Potência térmica gigante de gelatina iônica próxima à temperatura ambiente, "na quinta-feira, 30 de abril, 2020
A maioria dos materiais termoelétricos são semicondutores inorgânicos que requerem metais nobres ou tecnologia de processamento. Os pesquisadores se concentraram na exploração de novos materiais termoelétricos próximos à temperatura ambiente, que utilizam o efeito Seebeck para converter energia térmica em energia elétrica. O uso de dispositivos termoelétricos eletrônicos com alimentação própria requer a integração de milhares ou mesmo dezenas de milhares de minúsculos elementos termoelétricos de 10 a 100 mícrons, ou incluir um amplificador de tensão DC-DC com um custo da densidade de potência de saída.
Antes do desafio do jogo de tensão, Weishu Liu pediu uma exploração de "ir além de Seebeck", considerando o uso de íons e domínio elétrico como um transportador de energia, ou outros novos mecanismos para resolver este desafio de aplicação termelétrica. Essas recomendações foram feitas em seu artigo intitulado "Novas tendências, estratégias, e oportunidades em materiais termelétricos:uma perspectiva, " publicado em Materiais Hoje Física em 2017.
Figura 2. Prova de conceito do dispositivo i-TE vestível. (A) Teste de tração do material i-TE. (B) Tensão gerada a partir de um dispositivo vestível i-TE flexível à prova de conceito com 25 elementos unipolares (5 × 5 × 1,8 mm) em série usados nas costas da mão humana. (C) Energia (linha, -), tensão (linha de traço, -), corrente de saída (linha traço ponto, - ∙ -) curvas colhendo o calor corporal real. (D) Comparação de desempenho na tensão de saída e potência do dispositivo vestível usando materiais e-TE e materiais i-TE de estado quase sólido sob uma condição de uso real do corpo humano. N representou o número de elementos termoelétricos do tipo n / p nos dispositivos vestíveis. Crédito:Southern University of Science and Technology
O artigo publicado hoje em Ciência é um reflexo de muitos anos de trabalho árduo. A gelatina em questão é uma substância de alto peso molecular encontrada nos ossos. É procurado por chefs nas mais diversas cozinhas, ao mesmo tempo que é uma matéria-prima essencial para diversas aplicações industriais.
A equipe de pesquisa propôs originalmente que um gel iônico quase sólido poderia atingir um efeito de potencial termoelétrico gigante combinando o efeito da entropia difusa de íons e a entropia de reação do par redox (reação química de redução-oxidação). Eles alcançaram uma energia termelétrica de 17,0 mV K-1 em material termoelétrico iônico de estado quase sólido, que é quase duas ordens de magnitude maior do que a termelétrica eletrônica típica
A equipe de pesquisa então montou vinte e cinco unidades para representar um dispositivo de prova de conceito. Cada unidade foi montada em um dispositivo vestível flexível, usando um corpo humano para poder. Os pesquisadores conseguiram atingir uma tensão de até 2,2 volts (V) e uma potência máxima de 5 μW. Embora pareça pequeno, ele pode conduzir os sensores da maioria dos dispositivos da Internet das Coisas (IoT).
Weishu Liu disse, "A descoberta experimental do efeito termoelétrico gigante nos trouxe alegria, e então muitas perguntas. O Prof. Gang Chen nos forneceu as diretrizes essenciais para responder a cada pergunta uma por uma. Também nos permitiu perceber a verdade sobre a alegria da pesquisa:nunca desista de explorar, pois é tudo sobre o seu sonho. Você precisa continuar pesquisando até obter a verdade, para encontrar novos conhecimentos. "
