uvnitř laboratoře na Massachusetts Institute of Technology (MIT), Sangtae Kim si pohrával s papírovým tenkým zařízením o velikosti razítka. Kim má zájem o získávání energie od lidí (i když ne ten druh, který mění lidi na baterie ve filmu Matrix). Chce využít pohyby, jako je chůze a běh, k napájení senzorů a nositelných pomůcek.
„poskytuje nový způsob získávání lidské energie,“ říká Kim o svém prototypu zařízení, který nedávno popsal v článku, který je spoluautorem jeho poradce, prof. Ju Li a dalších vědců.
„každý pohyb je možné sklízet, ale nechtěli byste oblečení plné kombajnů. Zaměřil bych se na podrážky bot – tam se nachází nejvíce energie, “ říká Kim.
myšlenka využití pohybu k výrobě elektřiny není nová, i když zdaleka není samozřejmostí. Existují stacionární rotopedy s motory, které přeměňují zpocené tréninky v tělocvičně na energii. Přenosné energetické kombajny, které využívají lidský pohyb, se však na trh nedostaly, částečně proto, že ještě musí vyrobit dostatek energie, říká Harry Zervos, analytik společnosti IDTechEx pro průzkum trhu.
energetická koncepce člověka je slibná. Využití energie, která by jinak byla zbytečná, je přitažlivé v době, kdy plány na boj proti změně klimatu zahrnují použití méně energie nebo energie s nižšími emisemi uhlíku.
Kim se zaměřuje na rostoucí trh spotřební elektroniky. Odhaduje se, že dodávky nositelné elektroniky po celém světě vzrostou z předpokládaných 111 milionů zařízení v roce 2016 na 214,6 milionů v roce 2019, podle společnosti IDC, která se zabývá průzkumem trhu. IDTechEx očekává, že roční tržby z nositelných materiálů vyskočí z 20 miliard dolarů v roce 2015 na téměř 70 miliard dolarů v roce 2025.
hledání menších výkonnějších baterií
Wearables shromažďuje a komunikuje data bezdrátově, jako jsou mobilní telefony, a prodloužení životnosti baterie je jednou z velkých technických výzev pro designéry. A stejně jako mobilní telefony jsou na cestě k tomu, aby se staly tenčími a sofistikovanějšími. Návrháři nositelných předmětů-jako jsou Apple Watch, Google Glass a náramky pro fitness a zdraví-hledají technologii, která by mohla udržet tyto gadgety v chodu déle mezi nabíjením. To znamená, že baterie, které mohou zabalit více energie do menšího prostoru nebo zařízení, která by jinak mohla poskytnout zvýšení energie, aniž by bylo nutné připojit ke zdi.
Lithium-iontové baterie, které také napájejí většinu spotřební elektroniky, jako jsou notebooky, jsou zdrojem energie pro nošení. Podle Christine Ho, generální ředitelky společnosti Imprint Energy, vývojáře baterií v Kalifornii, však jejich výkon klesá, když se musí zmenšit, aby se vešly do těsnějších prostor.
„je to hlavolam pro produktové designéry, kteří si začínají uvědomovat, že musí myslet kreativněji,“ říká Ho. „Nové baterie mají příležitost uspokojit poptávku.“
výrobci gadgetů, jako je Samsung, experimentují s bateriemi, které jsou tenčí a pružnější, takže se snadněji vejdou do nositelných materiálů, které se ovinují kolem prstu, zápěstí a kotníku. Imprint Energy vyvíjí ultratenké a pružné zinkové baterie, které mohou v daném objemu ukládat více energie než lithium a jsou bezpečné a netoxické, říká Ho.
ale tyto vznikající technologie baterií mají tendenci být drahé a těžko hromadné výroby. Očekává se, že prodej ultratenkých a flexibilních baterií pro nositelná zařízení dosáhne do roku 2020 300 milionů dolarů, říká Tony Sun, analytik společnosti Lux Research pro výzkum trhu. Do té doby by podle něj prodej mohl vyskočit na neuvěřitelných 4 miliardy dolarů, ale jen v případě, že by se tyto baterie mohly dostat na úroveň lithium-iontových baterií. To by vyžadovalo značné investice do technických průlomů, dodává Sun.
sběr energie
myšlenka využití lidských pohybů přišla k Kimovi jednou v noci v prosinci 2013, když dostal e-mail od Li, který se právě zúčastnil setkání vědců v oblasti materiálových věd, kde rozhovory o lithium-iontových bateriích zahrnovaly diskusi o stresu na baterii. Působení napětí na lithiovou baterii mění napětí a snižuje kapacitu baterie. Ale co kdybyste mohli tento stres proměnit ve výhodu?
„byl to e-mail se dvěma větami, který mě úplně probudil,“ vzpomíná Kim. „Pak jsem začal navrhovat toto zařízení. Trvalo mi rok, než jsem ji postavil, a další rok, než jsem plně pochopil, co dělá. Chtěli jsme se ujistit, že to není vedlejší účinek.“
Kim přišel s zařízením, které má podobnou strukturu jako baterie: dvě vodivé elektrody oddělené kapalným elektrolytem. Na rozdíl od baterie používá energetický kombajn pro obě elektrody stejnou sloučeninu, směs lithia a křemíku. To vytváří volejbalový efekt při fyzickém namáhání.
tlak nutí jednu elektrodu vyplivnout lithiové ionty a v procesu narušuje rovnováhu, která způsobí, že se druhá elektroda otevře a přijme odmítnuté lithium. Elektrolyt je nutí oddělit se na ionty lithia a elektrony. Elektrony cestují obvodem a jsou zachyceny jako elektřina. Elektrony se pak setkají s ionty lithia na druhém konci a přesunou se do elektrody.
odblokování zařízení odstraňuje napětí a způsobuje, že elektrony a ionty lithia cestují opačným směrem. Toto obrácení vytváří další tok elektrického proudu, než se oba vrátí domů k původní elektrodě.
Kimův prototyp zatím nevyrábí dostatek elektřiny pro nositelnost. Říká, že potřebuje zvýšit jeho účinnost-procento mechanické energie, která se přemění na elektřinu-z 0.6% až 6%, aby byl dostatečně výkonný pro zařízení, jako jsou náramky.
zvýšení energetického výkonu a životnosti energetického kombajnu bude zásadní pro popularizaci jeho používání, říká Kevin Lloyd, spoluzakladatel a vedoucí technologie v Kalifornské Whistle Labs, která vyvinula obojek pro domácí mazlíčky založený na GPS pro sledování polohy, zdraví a dalších aktivit vašeho chlupatého přítele.
„když se podíváme na budování nositelných zařízení, vyvažujeme vědu, životnost baterie a náklady,“ říká Lloyd. „Nechcete si sundat obojek svého mazlíčka, abyste se každý den nabíjeli. Když jste na dovolené jeden nebo dva týdny, chcete, aby to trvalo po celou dobu.“
další překážkou k tomu, aby Kombajn fungoval: pohyby našeho těla nejsou předvídatelné ani konzistentní, což ztěžuje generování spolehlivého množství energie v daném okamžiku, říká Ho.
řešení problému navrhování svého výzkumu do nositelného gadgetu bude důležité, Kim uznává a dodává, že už slyšel od několika společností, včetně výrobců chytrých hodinek a zdravotnických prostředků, které mají zájem o začlenění procesu sběru energie.
„ale musíme tuto technologii nejprve vyzrát, než se zamyslíme nad její komercializací,“ říká.
{{topLeft}}
{{bottomLeft}}
{{topRight}}
{{bottomRight}}
{{/goalExceededMarkerPercentage}}
{{/ticker}}
{{heading}}
{{#paragraphs}}
{{.}}
{{/odstavce}}{{highlightedText}}
{{#choiceCards}}
{{/choiceCards}}
- Sdílet na Facebook
- Sdílet na Twitteru
- sdílet prostřednictvím e-mailu
- Sdílet na LinkedIn
- Sdílet na WhatsApp
- Sdílet na Messengeru