Nanoenergy and Biosystem Lab
Beijing Institute of Nanoenergy and Nanosystems, Chinese Academy of Sciences

【InfoMat】中科院北京纳米能源与系统研究所李舟研究员InfoMat:一种可穿戴的转盘式复合发电机用于自驱动电子器件

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  人们对可穿戴电子设备的依赖与日俱增,这些设备已被广泛应用于医疗、移动通信、运动检测以及日常生活中。但是,为数十亿计的分布式设备的供电将是一个巨大的挑战。目前,绝大多数可穿戴电子设备使用电池作为能量来源,但是电池的容量有限,导致穿戴电子设备较难实现小型化、轻便化,而且需要反复充电,极大限制了可穿戴电子设备的使用寿命和使用范围。自供能是可穿戴电子设备发展的新趋势,通过收集生物机械能为移动电子设备供电,实现持续的、高效的、穿戴式电子设备供能,将很大程度上改善使用寿命和使用范围的问题。


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中科院北京纳米能源与系统研究所李舟研究员的科研团队与北京航空航天大学生物医学工程学院樊瑜波教授团队合作,在InfoMat上发表的题为“A Wearable Noncontact Free-Rotating Hybrid Nanogenerator for Self-Powered Electronics”的文章中,报道一种基于摩擦纳米发电机(TENG)和电磁发电机(EMG),通过机械能存储技术制备的可穿戴转盘式复合发电机(WRG)。WRG可以将人体非连续运动的重力势能转换为转子连续旋转的动能。单次外力的瞬时激励可以产生连续2s的连续电能输出。WRG可以集成到日用运动鞋中,在每个步进中可产生约14.68 mJ的输出能量,可满足大多数可穿戴电子产品对电源输出功率的要求。

利用这种可穿戴转盘式复合发电机可以实现多种设备和系统的自驱动化。将WRG集成到鞋中,可以构建自驱动GPS定位系统。穿戴者慢跑2分钟,可将GPS模块中的电池从1.9 V充电至3.3 V,实现GPS定位系统实时且连续的工作。而且WRG作为可穿戴电子设备的电力来源具有普适性,可以满足大多数具有不同工作电压(1-5V)和功耗(0.1-10mA)电子产品的需求,包括多种生物电子器件。在文章中,作者展示了WRG持续的成功驱动了计算器、无线温度传感器和手机。该工作具有重要的应用价值,有望推动自驱动可穿戴设备和移动电子产品研究领域的进一步发展。

该工作发表在InfoMatDOI: 10.1002/inf2.12103)上。本文第一作者为中科院北京纳米能源与系统研究所博士生蒋东杰、北京航空航天大学的欧阳涵博士和石波璟特聘副研究员;通讯作者为樊瑜波教授和李舟研究员。



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