Что за способ зарядки гаджетов от человеческого тела предлагают учёные?

В НИТУ «МИСиС» разработан новый тип энергоэффективных устройств — термоячеек, превращающих тепло в энергию. Это позволит создавать портативные элементы питания — их можно будет нанести практически на любую поверхность, в том числе на одежду, для получения электричества прямо от поверхности тела. 

   

   

Термоэлектрики сейчас изучают во всём мире. Так называют материалы, превращающие тепло в электричество. Только в электричество преобразуется не само тепло, а разница температур. Чтобы технология работала, нужен контраст между чем-то горячим и чем-то холодным. 

Это достаточно старая область исследований, она развивается с конца XIX века, а сейчас считается одним из самых перспективных направлений «зелёной энергетики». Разницы температурных потенциалов (так называемые температурные градиенты) окружают нас повсюду — это, к примеру, нагретые на солнце строения, работающий транспорт, даже тепло человеческого тела. Сложность в том, что применение таких материалов ограничено крайне невысоким КПД: современные термоэлектрохимические ячейки (термоячейки) обладают довольно низкой выходной мощностью. Сейчас учёные прикладывают усилия, чтобы найти термоэлектрические материалы с улучшенными свойствами. Если удастся удвоить или утроить КПД, технологии смогут применяться гораздо шире. 

Учёные НИТУ «МИСиС» нашли решение проблемы, разработав новый тип термоячеек. Они состоят из оксидно-металлических электродов и водного электролита. Такая комбинация позволяет повысить ток, одновременно снижая внутреннее сопротивление элемента. Это даёт на выходе увеличение мощности в 10-20 раз по сравнению с аналогами.

«Мы продемонстрировали возможность применения в термоячейке оксидно-никелевого электрода на основе полых никелевых микросфер, — говорит один из авторов работы, ведущий эксперт кафедры ФНСиВТМ НИТУ „МИСиС“ Игорь Бурмистров. — Достигнут рекордный для водных электролитов показатель гипотетического коэффициента Зеебека. Кроме того, мы обнаружили нетипичное для термоячеек нелинейное изменение вольт-амперных характеристик. Оно обеспечивает рост КПД устройства».

Высокое значение коэффициента Зеебека, подчёркивают исследователи, позволит использовать в качестве источника энергии даже тепло человеческого тела. Есть и ещё одно существенное преимущество новой структуры — применение водного электролита снижает стоимость производства и повышает безопасность системы.

Вредно ли заряжать телефон неоригинальным зарядным устройством? Подробнее

В дальнейшем учёные хотят добиться повышения выходной мощности за счёт оптимизации состава электродного материала и улучшения конструкции термоячейки. В перспективе можно создать суперконденсатор, который сохранял бы в себе заряд длительное время. 

   

   

«Уже есть технология, которая позволяет подзаряжать часы от контраста температур человеческого тела и воздуха. Очевидно, что это может пригодиться не только туристам, но и военным, которые смогут использовать электронные приборы там, где нет никаких источников энергии, — считает профессор Сколтеха, автор метода компьютерного предсказания кристаллических структур Артём Оганов. — Во время Великой Отечественной войны советские партизаны, находясь в лесах неделями и даже месяцами, получали электричество благодаря специально разработанным для них котелкам с термоэлектрическими элементами. Когда котелок висел на огне, за счёт разницы температур между пламенем костра и варящимся супом эти элементы вырабатывали электроэнергию. Её было достаточно для зарядки портативных радиостанций. 

Технологию можно использовать, например, в автомобилях. Представьте себе, что мы сможем улавливать тепло, которое машины выбрасывают в окружающую среду, и превращать его в электричество. То же самое можно делать на ТЭЦ, которые выделяют много тепла в атмосферу. Термоэлектрики будут давать электроэнергию на разнице температур этих выбросов и окружающей среды».