Il generatore termoelettrico indossabile per produrre energia

I ricercatori della CU Boulder hanno sviluppato un nuovo dispositivo indossabile a basso costo che trasforma il corpo umano in una batteria biologica. Il generatore, descritto sulla rivista Science Advances , è abbastanza elastico da poterlo indossare come un anello, un braccialetto o qualsiasi altro accessorio che sia a contatto con la pelle. Inoltre, attingendo al calore naturale di una persona, utilizza generatori termoelettrici per convertire il calore corporeo in energia elettrica.

Il generatore termoelettrico indossabile

I generatori termoelettrici possono convertire direttamente calore di bassa qualità in elettricità e, quindi, sono molto promettenti per applicazioni di elettronica indossabile e Internet of Things. La tecnologia convenzionale di questi generatori, però, non li rende adattabili alle complesse proprietà geometriche e conformi dei materiali di corpo umano. Studi successivi hanno migliorato la flessibilità di questi componenti, attraverso materiali termoelettrici organici o inchiostri termoelettrici stampabili. I livelli di elasticità, aspetto fondamentale per garantire un contatto conforme con la complessa geometria del corpo umano per prestazioni termoelettriche ottimali, sono ancora limitati.

In questo nuovo studio, un innovativo dispositivo con caratteristiche di elasticità superiori è presentato. Esso è capace di ottenere una tensione a circuito aperto di 1 V/cm² con una differenza di temperatura di 95 K. Il TEG (Thermoelectric generator) è composto da chip termoelettrici modulari, da metallo liquido come cablaggio elettrico e poliammine dinamico covalente termoindurente per il substrato e l’incapsulamento. Il processo di assemblaggio comincia con il taglio laser del substrato in poliammine, creando degli slot. Successivamente avviene il cablaggio elettrico in metallo liquido modellato in serigrafia. A questo punto i chip termoelettrici vengono inseriti negli slot. Una soluzione viene usata per legare i chip termoelettrici al substrato e per incapsulare il metallo liquido di cablaggio.

Capacità di self-healing e scalabilità

Inoltre, questo sistema TEG ha la configurabilità simile ai Lego. Questo consente agli utenti di personalizzare il dispositivo di accumulo di energia in base al calore e condizioni meccaniche. Il dispositivo presenta caratteristiche di self-healing, in caso di danno meccanico. A seguito della rottura, le interfacce possono essere rimesse a contatto. In questo modo il cablaggio a metallo liquido riacquista immediatamente la conduttività elettrica.

Questo generatore ha un’eccellente flessibilità meccanica e può essere indossato sul corpo umano per l’accumulo di energia. Lo studio mostra un generatore attaccato su un avambraccio a una temperatura ambiente di 25 °C che può generare una densità di potenza media in uscita di 45 e 83 nW/cm² e una tensione media di uscita di 25 e 33 mV/cm² , quando chi lo indossa è seduto o cammina, rispettivamente. Per la superficie di un tipico cinturino sportivo (di dimensioni circa 6 cm per 25 cm), una potenza in uscita di 12,5 μW e a una tensione di uscita di 5 V è generata quando chi lo indossa sta camminando. Questi valori sono sufficienti per pilotare direttamente la maggior parte dei nodi di sensori a bassa potenza con comunicazione in radiofrequenza.

L’energia dal nostro corpo

Il campo della ricerca che mira a sfruttare l’energia del nostro corpo è molto attivo. Alcuni ricercatori hanno studiato la possibilità di illuminare con il calore corporeo. I dispositivi in gioco in questo caso sono le piastre Peltier. Le piastre producono una piccola quantità di elettricità quando un lato è riscaldato dal palmo della mano e l’altro raffreddato dall’aria passante un tubo di alluminio. La corrente elettrica circola quando gli elettroni si muovono lungo una direzione in un conduttore. Quando quest’ultimo è caldo, gli elettroni tendono a muoversi. Quando un conduttore è freddo gli elettroni tendono a condensare. Quindi se una parte del conduttore è calda e l’altra è fredda, gli elettroni andranno dalla parte calda a quella fredda. La tua mano sarà sempre più calda dell’aria circostante tranne nei giorni molto caldi; c’è quasi sempre, quindi, un flusso di calore tra le due parti.