Hledáte napájení pro drobnou elektroniku? Možná jej máte na sobě…

„Nikdo není rád připoután k elektrické zásuvce, přitom lidské tělo je bohatým zdrojem energie. A proč ho tedy nevyužíváme, abychom si vyrobili vlastní energii?" ptá se Qiaoqiang Gan, docent z katedry elektrotechniky na americké Bufallo University. Tato myšlenka se stala základem společného výzkumného projektu vedeného univerzitou v Buffalu (BU) a Ústavem polovodičů (IoP) Čínské akademie věd (CAS). Informace publikované v závěru ledna letošního roku v časopise Nano Energy dávají představu o tom, jak by získávání elektrické energie s pomocí možností lidského těla mohlo fungovat. Experimenty amerických a čínských výzkumníků ukazují, že v praxi skutečně funguje. Jejich triboelektrický nanogenerátor - záložka v podobě zlatavé karty přiložené k pokožce - přeměňuje mechanickou energii na elektřinu. Tu pak lze využít např. k napájení tzv. wearables neboli nositelné elektroniky.
Zařízení je zásobováno elektřinou z malého kovového plátku, který je připevněn k tělu a je schopen generovat elektrickou energii z ohýbání prstu a dalších jednoduchých pohybů. Pro výrobu energie je v tomto případě využit princip tzv. triboelektrického nabíjení, které nastane, když se některé materiály stanou elektricky nabitými po kontaktu s jiným materiálem. De facto většina statické elektřiny, s níž se každodenně setkáváme, je právě triboelektrického původu.
Výzkumníci už navrhli řadu různých nanogenerátorů, které umožňují využít triboelektrický efekt pro výrobu elektřiny, ale problém byl, že většina z nich je bohužel obtížně vyrobitelná (vyžaduje komplexní litografii) nebo není nákladově efektivní. Záložka, kterou vyvinul tým UB a CAS, řeší oba tyto problémy.
Skládá se ze dvou tenkých vrstev zlata s polydimethylsiloxanem (nazývaným také PDMS, což je polymer na bázi křemíku používaný např. v kontaktních čočkách). Klíčem ke správné funkci zařízení je, že jedna vrstva zlata je napnutá, což způsobuje, že po uvolnění vytvoří něco, co vypadá jako miniaturní pohoří. Když se tato síla znovu aplikuje - např. při ohýbání prstů - pohyb vede k tření mezi vrstvami zlata a PDMS, což způsobuje proudění elektronů mezi zlatými vrstvami. „Čím více tření je, tím větší je množství energie," říká další z vedoucích výzkumníků projektu Yun Xu, PhD a profesor IoP v CAS. Informace popisují malou tabulku o rozměrech 1,5 x 1 cm. Zmíněné zařízení dodávalo napětí 124 V, maximální proud 10 µA a výzkumníci zaznamenali maximální hustotu výkonu 0,22 miliwattu na čtvereční centimetr. To sice nestačí k rychlému nabití smartphonu, ale umožní to např. současně rozsvítit 48 červených LED světel.
Vzhledem k tomu, že zařízení je poměrně snadno vyrobitelné, vede Nan Zhang, jeden ze spoluautorů studie, tým studentů, jenž má za úkol zlepšit výkon karty. Cestou k tomu by mohlo být použití větších kousků zlata, které by tak umožnilo při roztažení a skládání dodat větší množství elektřiny. Výzkumníci také pracují na vývoji přenosné baterie pro ukládání energie vyrobené kartou a představili systém, který slouží jako zdroj energie pro různá přenosná elektronická zařízení.