佩戴式热电发电机(w-TEG)是一种可以不断将体温转化为电能进行驱动的电子设备。但其尚具有热电材料发电效率低、佩戴时温差小并重量大、且要求较高的柔韧性等特征,这些都是以往阻碍穿戴式热电发电机(w-TEG)得以应用的因素。此外,传统上基于数值分析的结构设计中,还因采用的是强制冷却,而忽略了横向的热传达。
而芝浦工业大学的此次研究中,使用了一种称为“有限元素模拟”的方法寻找到成为实用化线索的元素,设计出了最佳的 w-TEG。它是通过使用导热系数极低(0.03W/mK)的三聚氰胺海绵为密封材料,制成了一种在不使用冷却散热器的情况下实现了优异的弯曲耐久性、重量轻、透气性好同时低成本的新的“π型w-TEG。
在实证实验中,该设计产品已确认到用5K(5°C)的微小温差可在静止时产生每平方厘米7微瓦(μW/cm2)电力,而行走时(风速1米)更会产生29微瓦(μW/cm2)电力。同时,它比传统产品中使用的聚二甲基硅氧烷 (PDMS) 更具有柔韧性,弯曲张力也仅为以往的大约五分之一。
此次制造成功的佩戴式发热电机,可驱动面积为3.61㎠、厚度5mm、重量1.75g、弯曲拉力0.03N、成本约6.5美元(约710日元)的智能手表(约 710 日元)。
今后,研究小组还将与相关的半导体或热电元件公司合作,将其作为微型电源装置进行进一步设计开发,未来有望应用到实际的充电设备中。
消息来源:安価で高性能のウェアラブル体温発電素子、芝浦工業大学が開発 | 大学ジャーナルオンライン (univ-journal.jp)