Harvesting Energy from Human Motion for Flexible and Wearable Devices : literary review
1.04 MB
avoin
Julkaisu on tekijänoikeussäännösten alainen. Teosta voi lukea ja tulostaa henkilökohtaista käyttöä varten. Käyttö kaupallisiin tarkoituksiin on kielletty.
Lataukset60
Pysyvä osoite
Verkkojulkaisu
DOI
Tiivistelmä
Flexible and wearable devices have gained interest because of new technological advancements. Harvesting energy from human motion is a clean and reliable option for powering these devices. Piezoelectric, triboelectric and electromagnetic energy harvesters collect energy from mechanical movements and convert it to electricity. Piezoelectric transducers contain materials that can be used to generate electrical charges when mechanical stress is applied to them. Triboelectric transducer’s working mechanism is based on electron transfer between surfaces of two materials. Electromagnetic energy harvesters use electromagnetic induction as a power generation method.
This thesis explores different materials and fabrication methods that are used in triboelectric, piezoelectric and electromagnetic energy harvesters and compares different material options to find out the best energy harvester systems for powering flexible and wearable devices. Triboelectric devices can have a high flexibility and good electrical performance primarily in the milliwatt scale based on the obtained results. They can be used for powering self-powered sensors and even electrical watches. Piezoelectric devices can have flexible structures, but the power generation capabilities seem to be lower. Oscillatory electromagnetic energy harvesters perform almost as well as triboelectric harvesters, but the bulky structures of electromagnetic devices means they aren’t suitable for flexible devices.
Joustavat ja puettavat laitteet ovat herättäneet kiinnostusta uusien teknologisten kehitysten myötä. Energian kerääminen ihmisliikkeistä on puhdas ja luotettava vaihtoehto näiden laitteiden energiantarpeiden täyttämiseen. Pietsosähköiset, tribosähköiset ja sähkömagneettiset energiankerääjät keräävät energiaa mekaanisista liikkeistä ja muuttavat sen sähköksi. Pietsosähköiset energianmuuntajat sisältävät materiaaleja, joita voidaan käyttää sähkövarausten tuottamiseen, kun niihin kohdistetaan mekaanista rasitusta. Tribosähköisen energianmuuntajan toimintamekanismi perustuu elektronien siirtoon kahden materiaalin pintojen välillä. Sähkömagneettiset energiankerääjät käyttävät voiman tuottamiseen sähkömagneettista induktiota.
Tässä tutkielmassa tutkitaan materiaaleja ja valmistustapoja, joita käytetään tribosähköisissä, pietsosähköisissä ja sähkömagneettisissa energiankerääjissä ja vertaillaan erilaisia niissä käytettäviä materiaalivaihtoehtoja, jotta pystyttäisiin selvittämään, mitkä ovat parhaat energiankerääjät joustavien ja puettavien laitteiden energiantarpeisiin. Tribosähköiset laitteet voivat olla hyvin joustavia ja hyviä sähköisiltä ominaisuuksiltaan. Sähköinen suoriutuminen on kerättyjen tulosten perusteella pääosin milliwattien tasolla. Tribosähköisiä laitteita voidaan käyttää omatehoisten antureiden ja jopa sähköisten rannekellojen energianlähteenä. Pietsosähköisillä laitteilla on joustava rakenne, mutta niiden voimantuottamiskyvyt vaikuttavat olevan alhaisempia. Värähtelevät sähkömagneettiset energiankerääjät suoriutuvat melkein yhtä hyvin kuin tribosähköiset kerääjät, mutta koska sähkömagneettiset laitteet ovat rakenteiltaan kookkaita, ne eivät ole sopivia joustaviin laitteisiin.