Новый влагоэлектрический генератор выдерживает тысячи сгибаний без потери мощности
Команда исследователей из Харбинского политехнического института (КНР) разработала растяжимый влагоэлектрический генератор, который способен вырабатывать электроэнергию даже при многократном сгибании, растяжении и скручивании.
Гидрогелевые генераторы, преобразующие влагу из окружающей среды в электричество, давно привлекают внимание ученых благодаря своей мягкости и гибкости. Такие устройства рассматриваются как перспективный источник питания для умной одежды, медицинских имплантатов и различных датчиков здоровья. Однако существующие решения сталкиваются с серьезной проблемой — слабым сцеплением между гидрогелем и электродами. При деформации материалы начинают отслаиваться друг от друга, что увеличивает внутреннее сопротивление и ухудшает работу устройства.
Китайские инженеры решили эту проблему, изменив состав гидрогеля. Они добавили водно-глицериновый растворитель и объединили материал с жидким металлом и эластичными серебряными электродами.
По словам исследователей, добавление глицерина способствовало образованию большего числа водородных связей внутри гидрогеля и на границе с электродами. Это улучшило сцепление между слоями, снизило сопротивление и облегчило перенос ионов даже при значительных механических деформациях.
Кроме того, глицерин повысил устойчивость материала к пересыханию, замерзанию и чрезмерному набуханию в воде, что позволило сохранить стабильную работу устройства в широком диапазоне условий окружающей среды.
Эффективность новой конструкции ученые подтвердили как экспериментами, так и компьютерным моделированием. Результаты показали более эффективную миграцию ионов через усиленный интерфейс между гидрогелем и электродами.
Прототип генератора продемонстрировал выходное напряжение более 0,94 В и плотность тока 141 мкА/см2. Устройство сохранило работоспособность после 1040 циклов растяжения, а после 8000 сгибаний под углом 180 градусов его характеристики практически не изменились.
Исследователи считают, что технология может стать перспективным источником энергии для носимой электроники и медицинских датчиков. Среди возможных применений называются системы мониторинга дыхания, где устройство сможет получать энергию непосредственно из влаги выдыхаемого воздуха, а также автономные биомедицинские сенсоры.
Разработчики также отмечают, что предложенный способ повышения надежности контакта между гидрогелем и электродом может найти применение при создании долговечной мягкой робототехники, гибкой электроники и других энергетических систем, работающих в условиях постоянных механических нагрузок.