EO

Apparaat oogst energie uit je zweterige vingertoppen terwijl je stilzit - of (in de zon) ligt

20 juli 2021 om 16:26 uur

Zweterigheid heeft vanaf nu een voordeel. Er is namelijk een apparaat ontwikkeld dat energie uit het zweet op je vingertoppen haalt. Tot op heden is het de meest efficiënte ‘on-body energy harvester’ die ooit is uitgevonden.


Het onderzoek is beschreven in het tijdschrift Joule.

 

Het apparaat produceert 300 millijoule (mJ) energie per vierkante centimeter zonder enige mechanische energie-invoer tijdens een slaap van 10 uur en nog eens 30 mJ energie met een enkele druk van een vinger. De auteurs zeggen dat het apparaat een belangrijke stap voorwaarts betekent voor zelfvoorzienende draagbare elektronica.

 

"Normaal gesproken wil je een maximaal rendement op je investering in energie. Je wilt niet veel energie verbruiken door te sporten om maar een klein beetje energie terug te krijgen", zegt auteur Joseph Wang,  hoogleraar nanotechnologie aan de universiteit van Californië San Diego (VS). "Maar hier wilden we een apparaat maken dat is aangepast aan dagelijkse activiteiten en dat bijna geen energie-investering vereist - je kunt het apparaat volledig vergeten en gaan slapen of aan je bureau werken, zoals typen, maar toch energie blijven opwekken. Je kunt het 'kracht door niets te doen' noemen."

 

 Eerdere op zweet gebaseerde energie-apparaten vereisten intensieve training, zoals veel hardlopen of fietsen, voordat de gebruiker genoeg zweette om de energieopwekking te activeren. Maar gezien de grote hoeveelheid energie die tijdens het sporten wordt gebruikt, resulteert dit vaak in een energierendement van minder dan 1%.

 

Het nieuwe apparaat valt daarentegen in wat de auteurs de heilige graalcategorie van energieoogsters noemen. In plaats van te vertrouwen op externe, onregelmatige bronnen zoals zonlicht of beweging, is alleen vingercontact nodig om meer dan 300 mJ energie te verzamelen tijdens de slaap - wat volgens de auteurs voldoende is om wat kleine draagbare elektronica van stroom te voorzien. Omdat er geen beweging nodig is, is de verhouding tussen geoogste energie en geïnvesteerde energie in wezen oneindig.

 

  Het lijkt misschien vreemd om de vingertoppen als bron van dit zweet te kiezen boven, laten we zeggen, de oksels, maar in feite hebben de vingertoppen de hoogste concentratie zweetklieren in vergelijking met waar dan ook op het lichaam.

 

"Het genereren van meer zweet bij de vingers is waarschijnlijk geëvolueerd om ons te helpen dingen beter vast te houden", zegt co-auteur Lu Yin. "De zweetsnelheid op de vinger kan oplopen tot enkele microliters per vierkante centimeter per minuut. Dit is significant in vergelijking met andere locaties op het lichaam, waar de zweetsnelheid misschien twee of drie orden van grootte kleiner is."

 

 Het apparaat is een biobrandstofcel (BFC) en wordt aangedreven door lactaat, dat in zweet zit. Van de buitenkant ziet het eruit als een eenvoudig stuk schuim dat is verbonden met een circuit met elektroden, die allemaal op het kussentje van een vinger zijn bevestigd. Het schuim is gemaakt van koolstof nanobuismateriaal en het apparaat bevat ook een hydrogel die de zweetabsorptie helpt maximaliseren.

 

"De grootte van het apparaat is ongeveer 1 vierkante centimeter. Het materiaal is flexibel, dus je hoeft je geen zorgen te maken dat het te stijf is of raar aanvoelt. Je kunt het comfortabel voor een langere tijd dragen", zegt Yin.

 

 Binnen het apparaat vindt een reeks elektrochemische reacties plaats. De cellen zijn voorzien van een bio-enzym op de anode dat het lactaat oxideert of elektronen verwijdert; de kathode wordt afgezet met een kleine hoeveelheid platina om een ​​reductiereactie te katalyseren die het elektron nodig heeft om zuurstof in water om te zetten. Zodra dit gebeurt, stromen elektronen van het lactaat door het circuit, waardoor een elektrische stroom ontstaat. Dit proces verloopt spontaan: zolang er lactaat aanwezig is, is er geen extra energie nodig om het proces op gang te brengen.

 

Los van, maar complementair aan de BFC, zijn piëzo-elektrische generatoren - die mechanische energie omzetten in elektriciteit - ook aangesloten op het apparaat om tot 20% extra energie te oogsten. Vertrouwend op de natuurlijke knijpende beweging van vingers of alledaagse bewegingen zoals typen, hielpen deze generatoren extra energie te produceren uit nauwelijks enig werk: een enkele druk op een vinger eenmaal per uur vereiste slechts 0,5 mJ energie, maar produceerde meer dan 30 mJ energie, een 6000 % rendement op de investering.

 

De onderzoekers waren in staat om het apparaat te gebruiken om effectieve vitamine C- en natriumdetectiesystemen van stroom te voorzien, en ze zijn optimistisch over het verbeteren van het apparaat om in de toekomst nog meer mogelijkheden te hebben, waardoor het geschikt kan worden voor gezondheids- en welzijnstoepassingen zoals glucose meter voor mensen met diabetes. "We willen dit apparaat nauwer integreren in draagbare vormen, zoals handschoenen. We onderzoeken ook de mogelijkheid om draadloze verbinding met mobiele apparaten mogelijk te maken voor uitgebreide continue detectie", zegt Yin. 

 

 

Gerelateerd nieuws

Warmteopslag voor de energietransitie

Warmteopslag voor de energietransitie

In Duitsland gaat 55 procent van het eindverbruik van energie naar verwarming en koeling. Veel warmte wordt echter ongebruikt afgevoerd omdat deze niet wordt gegenereerd wanneer dat nodig is. Thermische opslag met behulp…

Een gevoelige manier om transistordefecten te detecteren

Een gevoelige manier om transistordefecten te detecteren

Onderzoekers van het National Institute of Standards and Technology (NIST) en de Pennsylvania State University hebben een nieuwe, zeer gevoelige methode bedacht en getest voor het detecteren en tellen van defecten in…

Spectrale resolutie van supergeleidende enkel-foton-detectoren meer dan verdubbeld

Spectrale resolutie van supergeleidende enkel-foton-detectoren meer dan verdubbeld

Wetenschappers gebruiken supergeleidende detectoren (MKIDs) om losse fotonen vanaf exoplaneten in te vangen. MKIDs monitoren continu hun eigen kinetische inductie, die afhangt van de energie van een invallend foton. SRON…

Webshop

webshop

 

Gratis nieuwsbrief

EOL

 

Focus op

ABB BV
ABB BV

Machineveiligheid, systemen en componenten

Elobau Benelux BV *
Elobau Benelux BV *

creating sustainable solutions

Güdel Benelux
Güdel Benelux

Lineaire aandrijf componenten en oplossingen

Orfa Visser BV
Orfa Visser BV

Gespecialiseerd in Forceren, Dieptrekken, Flenswalsen, Lassen en Apparatenbouw.

Pilz Nederland
Pilz Nederland

Voor industriële (veilige) automatiseringsoplossingen

Rotero Holland BV
Rotero Holland BV

Stappenmotor - Servomotor - Elektro Magneet

Download gratis engineering boeken

A gratis boeken downloaden

 

Agenda

21 oktober 2021, online

Altair Future.Industry Experience

Over ontwikkelingen in de maakindustrie.

10 november 2021

Precisiebeurs

Het jaarlijkse ontmoetingsmoment voor professionals uit de precisietechnologie.

16 november 2021, München

productronica

Productronica will show what opportunities the electrification of the automotive industry offers the...

Meer agendapunten »