Forskare på Chalmers har utvecklat ett tyg som omvandlar rörelseenergi till elenergi, i samarbete med Textilhögskolan i Borås och forskningsinstitutet Swerea IVF. Ju mer textilen belastas och ju blötare den är desto mer elektricitet ger den. Resultaten publiceras nu i Nature Partner-tidskriften Flexible Electronics.
Den piezoelektriska tråden utgörs av fibrer med piezoelektriskt skal (rosa) runt en elektriskt ledande kärna (svart). Textilen bildar en seriekopplad elektrisk krets där piezoelektriska trådar är sammanvävda med elektriskt ledande trådar (blå).
Fotograf/Källa: Yen Strandqvist/Chalmers
Chalmersforskarna Anja Lund och Christian Müller har utvecklat ett vävt tyg som ger ifrån sig elektricitet när det sträcks eller utsätts för tryck. Tyget kan i dagsläget generera tillräcklig energi för att tända en lysdiod, skicka trådlösa signaler eller driva mindre elektriska enheter som en miniräknare eller en digital klocka.
Teknologin bygger på den piezoelektriska effekten, vilket innebär att elektricitet skapas när ett material deformeras, till exempel genom att sträckas. I studien har forskarna skapat en textil genom att väva ihop en piezoelektrisk tråd med en elektriskt ledande tråd, som krävs för att transportera elektriciteten för användning.
Christian Müller och Anja Lund.
Fotograf: Johan Bodell/Chalmers
– Textilen är följsam och mjuk och blir till och med mer effektiv när den blir fuktig eller blöt. För att demonstrera resultatet av vår forskning använder vi textilen i axelremmen på en väska. Ju tyngre väskan är packad och ju större del av väskan som består av vår väv, desto mer energi får vi ut. När vår väska lastas med 3 kilo böcker får vi ut 4 mikrowatt. Det räcker för att tända en lysdiod. Genom att göra en hel väska i vår textil skulle vi kunna få tillräcklig energi för att skicka trådlösa signaler, säger Anja Lund
Varje tråd består av 24 fibrer, tunna som hårstrån. När fibrerna omsluts av vätska blir tråden mer effektiv eftersom det skapas bättre elektrisk kontakt mellan fibrerna. Tekniken bygger på forskarnas tidigare studier där de utvecklat den piezoelektriska tråden, som de nu lagt till ytterligare en dimension på.
– Den piezoelektriska tråden utgörs av ett piezoelektriskt skal runt en elektriskt ledande kärna. Tråden och den yttre ledande tråden blir till en seriekopplad elektrisk krets.
Forskarnas tidigare arbete kring piezoelektriska textilier har hittills främst handlat om sensorer och möjligheten att samla in mätdata genom tryckkänslighet. Att använda energin till att kontinuerligt driva elektriska komponenter är enligt forskarna helt unikt.
– Att väva in piezoelektriska material i textil innebär att teknologin blir lättillgänglig och den går att använda i vardagen. Det går även att lägga till fler material i väven eller använda det som ett lager i en flerlagersprodukt. Det kräver viss modifiering, men det går, säger Anja Lund.
Anja Lund med en bit av den elektriska textilen i axelremmen på en väska (den ljusare delen). Inklippt till höger är en lysdiod som blinkar för att el genereras när textilen töjs.
Fotograf/Källa: Johan Bodell/Chalmers
Forskarna bedömer att teknologin i princip är redo för produktion. Det är nu främst upp till produktutvecklare inom industrin att hitta på hur man ska ta tillvara på teknologin. Trots den avancerade tekniken som ligger bakom materialet är kostnaden relativt låg – jämförbar med priset på till exempel Gore. Genom samarbetet med Textilhögskolan i Borås har forskarna kunnat visa att tråden kan vävas i industrivävstolar och är slitstark nog att klara de krafter som krävs för massproduktion.
Läs artikeln som publicerats i Nature Partner-tidskriften Flexible Electronics här.
