התקנים לבישים המופעלים בעזרת חום הגוף

רכיבי אלקטרוניקה המשולבים בתוך בדים זוכים לפופולאריות הולכת גואה: מערכות כגון צגי סמארטפונים בתוך השרוול או גלאים לניטור מדדי הגוף הפיזיולוגיים המוטמעים בתוך מדי הספורט כבר פותחו ויוצרו. הבעיה העיקרית במערכות כאלו הינה העדר מקור חשמל לביש ונוח.

[תרגום מאת ד”ר נחמני משה]
רכיבי אלקטרוניקה המשולבים בתוך בדים זוכים לפופולאריות הולכת וגואה: מערכות כגון צגי סמארטפונים בתוך השרוול או גלאים לניטור מדדי הגוף הפיזיולוגיים המוטמעים בתוך מדי הספורט כבר פותחו ויוצרו.

רכיבי אלקטרוניקה המשולבים בתוך בדים זוכים לפופולאריות הולכת גואה: מערכות כגון צגי סמארטפונים בתוך השרוול או גלאים לניטור מדדי הגוף הפיזיולוגיים המוטמעים בתוך מדי הספורט כבר פותחו ויוצרו. הבעיה העיקרית במערכות כאלו הינה העדר מקור חשמל לביש ונוח. מדענים מסין מנסים כעת להשיג את האנרגיה הנדרשת להפעלת מערכות אלו תוך ניצול חום הגוף. במאמר המתאר את ממצאיהם ואשר פורסם בכתב-העת המדעי Angewandte Chemie, המדענים מסבירים כיצד הצליחו לפתח תא חימום גמיש ולביש המבוסס על שני אלקטרוליטים שונים בצורת ג’ל.

פעילות השרירים וגם חילוף החומרים שלנו גורמים לגוף לייצר חום קבוע, שחלקו נפלט דרך העור לסביבה החיצונית. בשל הפער הקטן יחסית בין טמפרטורת העור (בערך 32 מעלות צלזיוס) לבין טמפרטורת הסביבה, לא פשוט לנצל את חום הגוף הנפלט. מערכות קודמות לייצור חום, למשל אלו המבוססות על חומרים מוליכים למחצה, משחררות כמות קטנה מדי של אנרגיה, ובנוסף – הן יקרות ובלתי מתאימות לשילוב בתוך התקנים לבישים. מערכות לייצור חום המבוססות על תמיסות של אלקטרוליטים מאתגרות מבחינת שילובן בתוך התקנים לבישים קיימים. מדענים מסין מצאו את הפתרון לבעיה זו: שימוש במערכות מייצרות חום המבוססות על אלקטרוליטים בצורת ג’ל.

החוקרים מנצלים את השימוש בתוצא תרמו-גלווני (thermogalvanic): אם שתי אלקטרודות הבאות במגע עם תמיסה אלקטרוליטית – או ג’ל אלקטרוליטי – נשמרות בטמפרטורות שונות, מתהווה פער פוטנציאלים ביניהן. היונים המרכיבים את צמד החמזור (הצורונים המשתתפים בתגובת חמצון-חיזור) באלקטרוליט יכולים לדלג במהירות בין שני מצבי טעינה שונים, כלומר – לקבל או לשחרר אלקטרונים לתוך האלקטרודות בטמפרטורות השונות. על מנת לנצל את התופעה בשביל לייצר זרם חשמלי, החוקרים שילבו שני סוגים של תאים הכוללים בתוכם שני צמדי חמזור שונים. כל אחד מהתאים מורכב מלוחיות מתכת זעירות המתפקדות בתור האלקטרודות, כאשר האלקטרוליט הג’לי נמצא ביניהן. סוג התא הראשון מכיל את צמד החמזור Fe2+/Fe3+, בעוד שהסוג השני את הצמד [Fe(CN)6]3-/[Fe(CN)6]4-. בתצורה זו הקצה האחד מייצר פוטנציאל שלילי, בעוד הקצה השני פוטנציאל חיובי. התאים עצמם חוברו אחד לשני במערך סדרתי. בשלב הבא, החוקרים שילבו את כלל המערך בתוך כפפה. כאשר מחממים את הכפפה, מתקבל פער הטמפרטורות הנדרש בין הלוחית העליונה ללוחית התחתונה. מערך זה מייצר מתח חשמלי בין תאים שכנים, וכך המתח מצטבר. המערכת מסוגלת לייצר זרם חשמלי שיספיק בכדי להפעיל התקן חשמלי או בשביל להטעין סוללה. בסביבה של 5 מעלות צלזיוס המערכת השיגה מתח של 0.7 וולטים. ייעול המערכת עשוי לאפשר שיפור ברמת המתח המתקבל, אפילו עם פערי טמפרטורה נמוכים יותר.

הידיעה על המחקר

תקציר המאמר