Avec le début de l'ère de l'Internet des objets (IoT), les appareils ont appris à communiquer et à échanger des données. Ceci est réalisé grâce à des capteurs installés dans des objets physiques, des machines et des équipements. Les capteurs peuvent détecter les changements dans les événements. Cependant, la nécessité d'une alimentation continue en énergie de ces capteurs pose un défi. Les batteries sont encombrantes, chères et peu écologiques. De plus, ils doivent être constamment remplacés ou rechargés.

Par conséquent, il existe une demande de sources d'énergie durables et renouvelables pour remplacer les batteries. Le nanogénérateur triboélectrique (TENG) est l'un de ces dispositifs. En termes simples, les TENG convertissent l'énergie mécanique en énergie électrique. Leur efficacité énergétique élevée, leur compatibilité avec des matériaux facilement disponibles et leur faible coût en font un candidat prometteur pour alimenter les capteurs.

Malgré ces avantages, cependant, les TENG actuels sont limités par un faible courant de sortie. Mais augmenter le courant de sortie nécessiterait un équipement plus important, ce qui rendrait impossible son utilisation dans de petits appareils. Existe-t-il un moyen de contourner ce compromis ?

Une équipe de recherche dirigée par le professeur agrégé Sangmin Lee de l'Université Chung-Ang en Corée, s'est maintenant penchée sur cette question. "Notre laboratoire s'intéresse à la conception de TENG haute puissance et aux capteurs auto-alimentés basés sur TENG. Nous avons cherché à remédier à la limitation des TENG actuels afin qu'ils puissent être utilisés pour réaliser des sources d'alimentation portables dans la pratique", explique le Dr Lee, expliquant sa motivation derrière l'étude, qui a été publiée dans Advanced Energy Materials . L'étude sera présentée sur la couverture du prochain numéro.

L'équipe a développé un nouveau dispositif dans leur étude appelée « TENG de flottement vertical piloté par inhalation » (IVF-TENG) qui présente une sortie de courant amplifiée. "La respiration agit comme une entrée mécanique continue et peut être utilisée pour faire fonctionner les TENG. Les TENG à flottement de film sont de tels dispositifs entraînés par la respiration qui peuvent générer une sortie électrique continue à partir d'une entrée respiratoire extrêmement faible en exploitant le phénomène de flottement résultant des vibrations induites par le flux d'air. ", explique le Dr Lee.

L'IVF-TENG est composé d'une électrode d'entrée en aluminium (Al), d'une feuille diélectrique aéroélastique (polyimide) et d'une électrode de sortie en Al. La feuille aéroélastique a quatre segments avec quatre fentes et est soumise à un comportement de flottement vertical provoqué par le flux d'air. Cela rend le FIV-TENG proposé différent des TENG existants.

L'équipe a étudié les mécanismes électriques et mécaniques de la FIV-TENG. Ils ont découvert que la FIV-TENG générait une tension électrique continue à haute fréquence (17 V) et un courant en circuit fermé de 1,84 μA pendant l'inhalation, ainsi qu'une tension de décharge électrostatique de 456 V et un courant de sortie en circuit fermé de 288 mA au début et fin de chaque cycle inspiratoire.

Ils ont en outre démontré que IVF-TENG peut alimenter en continu 130 LED en série et 140 LED en parallèle à chaque inhalation. De plus, il pourrait charger un condensateur de 660 𝜇F pour, à son tour, alimenter un tracker Bluetooth et fournir son signal à un smartphone. Ces propriétés ont démontré le potentiel d'application de la FIV-TENG dans l'électronique portable et la transmission de données sans fil.

De plus, les chercheurs ont intégré la FIV-TENG dans un masque à gaz et ont démontré sa capacité à surveiller le schéma respiratoire de l'utilisateur en observant la forme d'onde de réponse de sortie. De plus, il pourrait détecter des agents de guerre chimique comme le chlorure de cyanogène, le sarin et le méthylphosphonate de diméthyle (DMMP), montrant son potentiel d'utilisation en cas d'urgence. "Étant donné que les masques à gaz sont largement utilisés dans les situations d'urgence telles que les incendies et l'exposition aux gaz chimiques, nous nous sommes concentrés sur l'application de TENG à un masque à gaz. Nous pensons que la FIV-TENG peut être utilisée comme capteur auto-alimenté dans de tels scénarios", déclare le Dr Lee. . + Explorer plus loin

Nanogénérateur triboélectrique inspiré du levier avec une sortie ultra-élevée pour la surveillance des impulsions