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指尖汗液產能量為可穿戴電子設備邁出了重要一步

2021-08-13 09:00:00

夏天的熱浪讓你汗流浹背?別擔心,不是所有的汗水都白費了。

7月13日,在《焦耳》發(fā)表的一篇論文中,研究人員宣布開發(fā)出一種新設備,可以從人體指尖的汗液中獲取能量。該設備是迄今為止最有效的身體能量收集器之一,在沒有任何機械能量輸入的情況下,在10小時的睡眠中,每平方厘米皮膚可以產生300兆焦耳(mJ)能量,而且單次按壓一根手指就可以產生額外的30mJ能量。作者表示,該設備向可自我持續(xù)的可穿戴電子設備邁出了重要一步。

“通常情況下,人們希望能源投資獲得最大回報。你不希望通過鍛煉消耗大量能量而只獲得一點點能量收益。”美國加州大學圣迭戈分校納米工程教授、論文資深作者Joseph Wang說。之前以汗液為基礎的能源設備需要人們進行高強度運動,比如跑步或騎自行車運動,以使獲得的出汗量足以發(fā)電。但在運動過程中消耗的能量可以輕易抵消產生的能量,以致能源投資回報率不到1%。

相比之下,該新設備屬于作者所稱的能量收獲器“圣杯”。它不需要依賴陽光或運動等外部不規(guī)則能量來源,只需要手指接觸就能在睡眠時收集超過300mJ的能量——研究人員稱這足以為一些小型可穿戴電子產品供電。

該設備是一種被稱為生物燃料電池的能量收獲器,并由乳酸(汗液中的一種可溶化合物)提供動力。該設備由碳納米管材料制成,還包含一種水凝膠,有助于最大限度地吸收汗水。從外觀上看,它就像一塊簡單的泡沫,連接著一個電極電路,所有電極都連接在指尖上。該設備的大小約為1平方厘米,十分靈活,可以舒適地長時間佩戴。

該設備內部會發(fā)生一系列電化學反應。電池陽極上裝有生物酶,后者能氧化或從乳酸鹽中除去電子;陰極上沉積了少量鉑,以催化還原反應,將氧氣轉化為水。一旦發(fā)生這種反應,就會產生電流。這個過程是自發(fā)發(fā)生的:只要有乳酸,就不需要額外的能量啟動這個過程。

另一方面,壓電發(fā)電機能將機械能轉化為電能,依靠手指的自然捏動或打字等日常動作,這些發(fā)電機就能產生額外的能量:每小時按一次手指只需要0.5mJ的能量,但產生了超過30mJ的能量。

標簽: 汗液 能量 點子 設備

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