Termoelektrični generatori (TEG) su uređaji koji mogu da pretvaraju temperaturne gradijente u električnu energiju. Ovakvi uređaji su izuzetno korisni za generisanje električne energije za udaljene senzore koji se ne mogu povezati na glavnu električnu mrežu. Konvencionalni TEG se sastoji od jedne strane (gornje ili donje) koja zrači toplotu da bi se ohladila i druge strane koja apsorbuje toplotu od sunca ili okoline.
Ovo, zauzvrat, generiše temperaturni gradijent van ravni, koji se pretvara u električnu energiju. Međutim, takvi zahtevi često čine dizajne koji su glomazni, složeni i neefikasni. Ovo, zauzvrat, otežava integraciju TEG-ova sa drugim komponentama ili sistemima, ograničavajući njihovu primenu u sistemima obnovljive energije.
Na sreću, istraživači iz Koreje su možda sada pronašli način da prevaziđu ove izazove. U novoj studiji, istraživači, predvođeni profesorom Jang Min Songom sa Instituta za nauku i tehnologiju Gvangju (GIST), prijavili su novi fleksibilni, lagani i biorazgradivi TEG koji svoju inspiraciju dobija na malo verovatnom mestu – koži zebre. U suštini, dizajn koristi obrazac koji podseća na crno-bele zebraste pruge da stvori visok temperaturni gradijent u ravni za generisanje električne energije. Proboj je objavljen u časopisu Science Advances.
„Tradicionalni TEG dizajni su veliki i glomazni jer se oslanjaju na prirodnu konvekciju, što dovodi do gradijenta temperature van ravni. Ovo zahteva čvrste izolatore, koji ograničavaju primenu TEG-a u fleksibilnim i nosivim uređajima. Sada smo prevazišli ovu paradigmu u našem dizajnu kreiranjem uređaja u ravni koji je fleksibilan i biorazgradiv. Ovo povećava njegovu primenljivost i istovremeno smanjuje uticaj na životnu sredinu čineći ga skalabilnim, integrativnim i održivim“, objašnjava prof. Song.
Istraživači su koristili poli(L-laktid-ko-ε-kaprolakton) (PLCL), beli, fleksibilni i biorazgradivi materijal, za proizvodnju TEG-a. PLCL reflektuje sunčevu svetlost i emituje infracrveno (IR) zračenje, što je omogućilo da područje ispod njega bude hladno. Povrh ovog materijala, istraživači su primenili crni poli(3,4-etilendioksitiofen):poli(stirensulfonat) ili (PEDOT:PSS), koji oku izgleda crn, ističući pruge koje liče na one na koži zebre protiv PLCL.
Razlog zašto PEDOT:PSS izgleda crno je to što apsorbuje sunčevu svetlost koja dolazi na njega dok reflektuje IR zračenje koje dolazi ispod njega (emituje PLCL). Ovo, zauzvrat, povećava temperaturu područja ispod crnih pruga, stvarajući naizmenične tople i hladne regione, odnosno temperaturni gradijent, koji se zatim može pretvoriti u električnu energiju.
Istraživači su postigli ovu konverziju koristeći niz silicijumskih nanomembrana u svom dizajnu. Novi dizajn je bio u stanju da generiše maksimalnu temperaturnu razliku od 22°C zajedno sa maksimalnom gustinom energije od 6 µV/m². Štaviše, uređaj je bio potpuno biodegradiran bez ikakvih preostalih nusproizvoda sa samo 35 dana.
Sa ovim izuzetnim svojstvima, novi TEG dizajn će sigurno otvoriti vrata skalabilnim, ekološki prihvatljivim energetskim sistemima.
„Pandemija je izazvala široku upotrebu maski za jednokratnu upotrebu i zaštitne opreme, što predstavlja ogroman uticaj na životnu sredinu. Ovo naglašava potrebu za održivim i ekološki prihvatljivim rešenjima poput TEG-a koji se mogu ugraditi u takve nosive uređaje za obavljanje specijalizovanih funkcija kao što je samo-generisanje energije i osećanja“, kaže prof. Song.
„Naš dizajn može da popuni ovu prazninu zahvaljujući svojoj laganoj i biorazgradivoj prirodi. Takođe se može neprimetno integrisati u različite tehnologije energije i pametne mreže kako bi se dodatno poboljšala njihova funkcionalnost i uticaj“, zaključuje on.
