Les fibres électrofilées sont un candidat prometteur pour les nanogénérateurs triboélectriques (TENG) à base de tissu, selon l'université de Fukui. L'électrofilage consiste à étirer des solutions de polymères dans des fibres en utilisant une charge électrique.
Les chercheurs ont mis au point un TENG à couche composite entièrement en fibres. Un TENG qu'ils ont pu intégrer à un tissu normal.
« Avec notre travail, nous visons à fournir un nouveau point de vue sur les récolteurs d'énergie portables et les textiles intelligents », a déclaré Hiroaki Sakamoto de Fukui. Le dispositif de production d'énergie est flexible et respirant puisque tous les composants sont composés de matériaux fibreux.
Une charge pouvant alimenter des appareils électroniques
Deux couches de fibres électrofilées forment la membrane tribo-électrique. L'une en polyfluorure de vinylidène (PVDF) et l'autre en nylon. Des nanofils d'argent recouvrent ces couches. Et l'équipe a ajouté une couche de polystyrène électrofilée entre les fils d'argent et la membrane tribo-électrique.
Le mouvement mécanique de la marche ou de la course fait que les couches triboélectriques se touchent et se séparent. Ce qui produit une charge que l'on peut évacuer pour alimenter des appareils.
« Normalement, l'accumulation de charge sur la surface triboélectrique est progressivement perdue ou dissipée. Ce qui réduit la densité de charge de surface et la performance de sortie du générateur », selon l'Université de Fukui. Cependant, dans ce cas, la membrane de polystyrène ajoutée recueille et piège la charge. Elle conserve ainsi la densité de charge de surface du TENG.
200V et 70mA/m2 ont été atteints sur 90 mm2. Ils ont aussi pu charger 1μF à 2V en 40 s avec un entraînement mécanique de 1 Hz.
L'université de Fukui a travaillé avec l'université de Nanjing. Ils ont publié la recherche dans Nano Energy sous le titre « Un nanogénérateur triboélectrique entièrement fibreux dont les rendements améliorés dépendent de la couche de stockage de charge en polystyrène. »
Un nanogénérateur triboélectrique entièrement fibreux
On a toujours considérés les nanogénérateurs triboélectriques à base de fibres électrofilées (EF-TENG) comme ayant des perspectives d'application positives pour les capteurs d'énergie portables. Cependant, la faible respirabilité et la faible performance de sortie sous une faible force sont les problèmes courants associés aux EF-TENGs. Elles constituent donc les principaux obstacles à leurs applications pratiques.
Les chercheurs proposent donc ici un EF-TENG amélioré avec une électrode antibactérienne respirable. Comme électrode, ils proposent une couche d'amélioration de l'induction électrostatique en introduisant des nanofils d'argent (AgNWs). Et comme comme couche de stockage de charge, des nanofibres de polystyrène (PS) électrofilées.
Sur cette base, un nanogénérateur triboélectrique haute performance à base de matériaux fibreux (AF-TENG) est fabriqué et étudié avec succès. Une tension de sortie élevée de 200 V et une densité de courant de 70 mA/m2 ont été obtenues avec une surface de travail de 90 mm2. Il a été démontré que l'AF-TENG pouvait charger le condensateur économique de 1 μF à 2 V en un temps court de 40 s sous une force motrice continue et une fréquence de 1 Hz. Simultanément, AF-TENG agit comme un capteur de détection de force en temps réel intégré avec des tissus normaux montrent également d'excellentes performances avec un rapport signal/bruit élevé. Sur la base des caractéristiques d'AF-TENG vérifiées ci-dessus, ce travail devrait inspirer une réflexion efficace sur l'évolution des capteurs d'énergie portables.
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