Forskare har använt en förening gjord av ett stärkelsederivat och bakpulver för att hjälpa till att omvandla mekanisk energi till elektrisk energi. Tillvägagångssättet, utvecklad av forskare vid Daegu Gyeongbuk Institute of Technology (DGIST), med kollegor i Korea och Indien, är kostnadseffektiv och biokompatibel, och kan hjälpa till att ladda lågenergielektronik som miniräknare och klockor. Detaljerna publicerades i tidskriften Avancerade funktionella material .

"Triboelektriska nanogeneratorer skördar mekanisk energi och omvandlar den till en elektrisk ström, " förklarar DGISTs robotingenjör Hoe Joon Kim. "Men många av materialen som används i dessa enheter anses vara en biologisk fara och är inte lämpliga för bärbara applikationer. Vår triboelektriska nanogenerator innehåller cyklodextrin, ett grönt material som används allmänt för läkemedelstillförsel i människokroppen, vilket gör det miljövänligt och riskfritt."

Cyklodextrin är en polysackaridförening framställd av stärkelse. Forskarna använde den för att länka samman natriumjoner i vad som kallas ett metallorganiskt ramverk (MOF). MOFs bildar porösa material som ofta används i gaslagring, katalys och avkänning.

Specifikt, Kim och hans team applicerade ultraljud på en blandning av cyklodextrin och natriumbikarbonat i vatten. De tillsatte sedan trimesinsyra och applicerade ytterligare en kort omgång ultraljud. Processen sker vid rumstemperatur och leder till bildandet av en MOF gjord av natriumjoner sammanlänkade av cyklodextrinbindningar.

Teamet införlivade MOF i en nanogenerator genom att belägga den på en kopparelektrod, som sitter på en plastbas av polyetylentereftalat (PET). Mitt emot MOF-skiktet är ett teflonskikt placerat på en andra kopparelektrod som också är fast vid ett PET-ark. De två sidorna av nanogeneratorn öppnas och stängs som svar på rörelser, som att gå eller jogga. Varje gång MOF tar kontakt med teflon, elektroner utbyts och en elektrisk ström genereras. Denna process kallas den triboelektriska effekten.

Teamet testade enheten genom att fästa den på en sko, en ryggsäck, och en persons knä och mage. De fann att det kunde skörda mekanisk energi från att gå, jogga och böja, och även från några typiska yogarörelser. Enheten kunde driva lågeffektelektronik som ett digitalt armbandsur, en hydrometer och en miniräknare.

"Vår MOF utökar listan över triboelektriska material, " säger Kim. Han och hans team planerar att fortsätta leta efter biokompatibla material som kan användas i bärbara applikationer. De arbetar också med att utveckla superkondensatorer som kan lagra energi som genereras från triboelektriska nanogeneratorer. "Genom att använda nanogeneratorn och superkondensatorn tillsammans, vi tror att vi kan utveckla nästa generations energisystem för bärbar elektronik, bioenheter och robotar, " han säger.