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Ce nouvel appareil peut générer de l'électricité à partir du mouvement humain


Vous n'aurez peut-être plus jamais besoin de transporter un chargeur, mais votre téléphone tirera de l'énergie de vos vêtements et de l'environnement. C'est le potentiel d'un nouvel appareil développé au laboratoire des nanomatériaux et des dispositifs énergétiques de l'Université Vanderbilt.

En utilisant la technologie des batteries et des couches de phosphore noir, le nouvel appareil génère de petites quantités d'électricité lorsqu'il est plié ou pressé. Le phosphore, qui n'a que quelques atomes d'épaisseur, peut générer de l'électricité même à des fréquences extrêmement basses en phase avec le mouvement humain.

[Source de l'image: John Russell / Vanderbilt]

Le professeur adjoint de génie mécanique, Cary Pint, qui a dirigé la recherche, a déclaré: "À l'avenir, je pense que nous deviendrons tous des dépôts de charge pour nos appareils personnels en tirant directement l'énergie de nos mouvements et de l'environnement."

[Source de l'image: John Russell / Vanderbilt]

Les résultats ont été publiés dans un article intitulé "Ultralow Frequency Electrochemical Mechanical Strain Energy Harvester using 2D Black Phosphorus Nanosheets" dans le journal en ligne Lettres d'énergie ACS.

La récolte efficace d'énergie à partir de sources ambiantes est un domaine scientifique en pleine croissance. Le domaine comprend des appareils qui peuvent tirer de l'énergie des variations de température, des appareils à énergie radiante qui captent l'énergie de la lumière et des appareils électrochimiques qui exploitent les réactions biochimiques.

Les travaux publiés par Pint et son équipe présentent deux avantages distincts, explique Pint: «Par rapport aux autres approches conçues pour récupérer l'énergie du mouvement humain, notre méthode présente deux avantages fondamentaux: les matériaux sont atomiquement minces et suffisamment petits pour être imprégnés dans les textiles sans affecter l'aspect ou la sensation du tissu et il peut extraire l'énergie des mouvements qui sont plus lents que 10 Hertz - 10 cycles par seconde - sur toute la fenêtre basse fréquence des mouvements correspondant au mouvement humain. "

[Source de l'image: Laboratoire des nanomatériaux et des dispositifs énergétiques / Vanderbilt]

Capturer de l'énergie à basse fréquence est extrêmement difficile. De nombreuses autres expériences ont été incapables de créer des appareils qui fonctionnent efficacement en dessous de 100 hertz, ce qui rend leurs taux d'efficacité entre 5 et 10%, même dans des conditions optimales.

Le dispositif au phosphore noir, par contre, peut fonctionner avec plus du double de cette efficacité. «Notre moissonneuse est calculée pour fonctionner à plus de 25 pour cent d'efficacité dans une configuration d'appareil idéale, et surtout pour récolter de l'énergie pendant toute la durée des mouvements humains, même lents, tels que la position assise ou debout», a déclaré Pint.

[Source de l'image: John Russell / Vanderbilt]

L'équipe de recherche a passé les trois dernières années à explorer les systèmes de batteries avancés et en particulier les capacités des batteries à se plier et à s'étirer. Le groupe a été le premier à présenter des recherches démontrant les changements de tension dans les batteries lorsqu'elles sont soumises à un stress. Sous tension, la tension monte et sous compression, la tension redescend. De là, l'équipe a commencé à reconstruire des batteries avec des électrodes positives et négatives fabriquées à partir du même matériau. Bien que cela empêche l'appareil de stocker de l'énergie, il peut s'engager pleinement avec les changements de tension provoqués par les contraintes de flexion et de torsion qui lui sont appliquées.

Cette idée a ensuite été transformée en l'appareil actuellement testé, construit à partir du phosphore noir ultra fin. Ce matériau est parfait en raison de ses propriétés électriques, optiques et électrochimiques attrayantes.

Les chercheurs admettent qu'ils sont loin du matériel de chargement des téléphones portables, les dernières percées fournissant les éléments de base de ces applications. La technologie pourrait également alimenter des écrans LCD basse tension.

Sources:TechExplore, NewElectronics, Vanderbilt

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