柚子发电:科学家利用摩擦电装置从果皮中发电

知新了了 2025-02-13 12:27:52

该装置可以将柚子皮的外部机械能转化为电能。

研究人员利用废弃的柚子皮为小型电子设备提供动力,并监测生物力学运动。伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的研究人员在分析了果皮的化学成分和机械性能后,开发了这种方法。

研究小组利用果皮的特性制造了一种设备,可以将机械能转化为电能,并作为自供电的运动传感器。

“柚子皮有两个主要部分 —— 薄薄的外层和厚厚的白色内层。该研究的合著者、食品科学与人类营养学系助理教授王义成(音译)说:“白色的部分很软,推上去感觉像海绵。”

天然多孔、海绵状的果皮结构优势

“有些人用柚子皮提取精油或果胶的化合物,但我们想利用柚子皮的天然多孔、海绵状结构。”

柚子通常生长在东南亚和东亚,是一种大型柑橘类水果,果皮很厚,通常被丢弃,造成相当数量的食物浪费。

柚子一般重1到2公斤(2到4.5磅),果皮占30%到50%。

研究人员使用了柚子皮生物质和塑料(聚酰亚胺)薄膜

王教授补充说:“如果我们可以将柚子皮升级为更高价值的产品,而不是简单地扔掉它,我们不仅可以减少柚子生产、消费和果汁制作过程中的浪费,还可以从食品和农业废物中创造更多价值。”

研究人员将果皮从果肉中分离出来,去掉最外层。据研究人员介绍,剩下的厚厚的、海绵状的白色果皮被切成小块,冷冻干燥,以保持其独特的三维多孔结构,然后在不同的湿度条件下储存。

研究人员使用柚子皮和塑料(聚酰亚胺)薄膜作为摩擦电层,在外力存在时使其接触。他们在每一层上都附加了一个铜箔电极,并评估了这种装置将外部机械能转化为电能的能力。

研究表明,用手指轻敲这些柚子皮摩擦电装置可以点亮大约20个发光二极管(LED)。

为计算器或运动手表供电

他们还证明,如果将计算器或运动手表与带有储能单元的电源管理系统集成在一起,则可以完全由这些机械力提供动力,而无需外部电力。

研究人员透露,这种应用有很大的潜力将原本浪费的能量转化为有用的电能。本研究优化的柚子皮生物质衍生多孔材料摩擦电纳米发电机(PP-TENG)开路电压为58 V,峰值功率密度为254.8 mW/m^2。

“我们还发现,由于柚子皮的天然多孔结构,基于它的摩擦电装置可以对力和力频率高度敏感。这激发了我们开发可以附着在人体上进行生物力学监测的传感设备,”王教授解释说。

根据研究人员的说法,当连接到不同的身体部位时,研究人员的概念验证传感器能够监测生物力学运动,如关节运动和步态模式。

这是因为身体不同部位的运动可以导致摩擦电层之间的接触通电,产生不同的电信号对应于不同的运动。根据一份新闻稿,这种能力有很大的潜力为医疗保健和身体康复专业人员提供有价值的见解。

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