Il s'agit d'une photographie d'un nanogénérateur à couche mince PZT de grande surface (3,5 cm × 3,5 cm) sur un tube de verre incurvé et de 105 LED commerciales actionnées par un collecteur d'énergie piézoélectrique flexible auto-alimenté. Crédit :KAIST
Les nanogénérateurs sont des récupérateurs d'énergie auto-alimentés innovants qui convertissent l'énergie cinétique créée à partir de sources vibratoires et mécaniques en énergie électrique, éliminant le besoin de circuits externes ou de batteries pour les appareils électroniques. Cette innovation est vitale pour réaliser une production d'énergie durable dans des zones isolées, inaccessible, ou des environnements intérieurs et même dans le corps humain.
Nanogénérateurs, un récupérateur d'énergie souple et léger sur un substrat plastique, peut récupérer l'énergie des mouvements extrêmement minuscules des ressources naturelles et du corps humain tels que le vent, l'écoulement de l'eau, pulsations cardiaques, et les activités du diaphragme et de la respiration pour générer des signaux électriques. Les générateurs ne sont pas seulement auto-alimentés, dispositifs flexibles mais peuvent également fournir des sources d'alimentation permanentes aux dispositifs biomédicaux implantables, y compris les stimulateurs cardiaques et les stimulateurs cérébraux profonds.
Cependant, une faible efficacité énergétique et un processus de fabrication complexe ont posé des défis à la commercialisation des nanogénérateurs. Keon Jae Lee, Professeur agrégé de science et génie des matériaux au KAIST, et ses collègues ont récemment proposé une solution en développant une technique robuste pour transférer un film mince piézoélectrique de haute qualité à partir de substrats en saphir massifs vers des substrats en plastique à l'aide d'un laser lift-off (LLO).
En appliquant le procédé laser lift-off (LLO) à base inorganique, l'équipe de recherche a produit un nanogénérateur à couche mince PZT de grande surface sur des substrats flexibles (2 cm x 2 cm).
« Nous avons pu convertir une puissance de sortie élevée d'environ 250 V à partir de la légère déformation mécanique d'un seul substrat en plastique mince. Une telle puissance de sortie est juste suffisante pour allumer 100 ampoules LED, ", a expliqué Keon Jae Lee.
Les nanogénérateurs autoalimentés peuvent également fonctionner avec les mouvements des doigts et des pieds. Par exemple, sous les mouvements de flexion irréguliers et légers d'un doigt humain, les signaux de courant mesurés avaient une puissance électrique élevée d'environ 8,7 A. En outre, le nanogénérateur piézoélectrique a une efficacité de conversion de puissance record du monde, près de 40 fois plus élevé que les résultats de recherche similaires précédemment rapportés, résoudre les inconvénients liés à la complexité de fabrication et à la faible efficacité énergétique.
Cette image montre un nanogénérateur à couche mince PZT flexible utilisant un processus de décollage laser à base inorganique. Crédit :KAIST
Lee a en outre commenté, « En s'appuyant sur ce concept, il est fortement attendu que de minuscules mouvements mécaniques, y compris les mouvements du corps humain de contraction et de relaxation musculaire, peut être facilement converti en énergie électrique et, par ailleurs, agissaient comme des sources d'énergie éternelles."
L'équipe de recherche étudie actuellement une méthode pour construire un empilement tridimensionnel de films minces piézoélectriques flexibles pour améliorer la puissance de sortie, ainsi que de mener une expérience clinique avec un nanogénérateur flexible.
