Koreli araştırmacıların geliştirdiği iyonik termoelektrik film, yalnızca 1,5°C sıcaklık farkıyla elektrik üreterek giyilebilir cihazlarda enerji bağımsızlığını mümkün kılıyor

Koreli araştırmacıların geliştirdiği yeni iyonik termoelektrik film, vücut ısısı ile ortam havası arasındaki küçük sıcaklık farklarını elektriğe dönüştürüyor. Yalnızca 1,5°C farkla LED ışıkları çalıştırabilen bu ince ve esnek yapı, pilden bağımsız giyilebilir teknolojilerin önünü açıyor.

Vücut ısısını elektriğe dönüştüren bu yeni teknoloji, düşük sıcaklık farklarında bile yüksek güç üretimi sağlıyor. Bu özellik, özellikle enerji tüketiminin kritik olduğu giyilebilir elektronikler için önemli bir avantaj oluşturuyor. Güney Kore’deki Ulsan Ulusal Bilim ve Teknoloji Enstitüsü’nde (UNIST) yürütülen çalışma, iyon hareketini optimize eden termodinamik tasarım stratejisiyle hem p-tipi hem de n-tipi malzemelerde rekor seviyelere ulaşıyor. Çalışma Advanced Functional Materials dergisinde yayımlandı.

Koreli araştırmacıların geliştirdiği iyonik termoelektrik film, yalnızca 1,5°C sıcaklık farkıyla elektrik üreterek giyilebilir cihazlarda enerji bağımsızlığını mümkün kılıyor


Termoelektrik malzemeler nasıl çalışıyor?

Termoelektrik sistemler, sıcaklık farklarını elektrik enerjisine dönüştüren küçük jeneratörler gibi işlev görüyor. Buradaki “iyonik” terimi, elektrik yükünü elektronların değil, malzeme içindeki iyonların taşıdığı anlamına geliyor; yani sistemin çalışmasını iyon göçü belirliyor. İyonik termoelektrik yapılarda bu dönüşümü sağlayan şey de bu iyonların hareketi. p-tipi malzemede protonlar (H⁺), n-tipinde ise klorür iyonları (Cl⁻) sıcaklık gradyanı oluştuğunda malzeme içinde göç ediyor ve gerilim oluşmasına yol açıyor.

UNIST tarafından geliştirilen yeni yapılar, esnek polimer esaslı kompozitlerden oluşuyor ve bugüne kadarki en yüksek iyonik ZTi değerlerine ulaşıyor: p-tipi için 49,5, n-tipi için 32,2. Bu değerler, iyonik termoelektrik performansında bugüne kadar raporlanan en yüksek seviyeleri işaret ediyor ve önceki malzemelere göre yaklaşık %70’lik bir performans artışı anlamına geliyor.

Malzeme bileşimi ve performans

Gerçek koşullarda yapılan testlerde, seri bağlı on p-tipi ve n-tipi çiftinden oluşan modül yalnızca 1°C sıcaklık farkıyla 1,03 voltun üzerinde elektrik üretiyor. 1,5°C’lik fark ise tek bir LED’i rahatlıkla çalıştırıyor. İç mekân koşullarında yapılan uzun süreli denemelerde cihaz iki ayı aşkın sürede performansının %95’inden fazlasını koruyor; bu da sistemin pratik kullanım için gerekli kararlılığa sahip olduğunu gösteriyor. p-tipi yapı, iletken polimer kompozit PEDOT:PSS’e dayanıyor. n-tipi ise bakır klorür (CuCl₂) katkılı bir matris içeriyor. Her iki film de hafif, esnek ve ince tabaka formunda üretilebiliyor; bu da iyonik termoelektrik filmi giyilebilir teknolojiler için uygun hale getiriyor.

Koreli araştırmacıların geliştirdiği iyonik termoelektrik film, yalnızca 1,5°C sıcaklık farkıyla elektrik üreterek giyilebilir cihazlarda enerji bağımsızlığını mümkün kılıyor

Termodinamik tasarım yaklaşımı

Araştırmanın temelinde, iyon hareketini daha verimli hâle getiren termodinamik tasarım stratejisi bulunuyor. Ekip yüksek verimin, malzemelerdeki iyon yoğunluğu ve difüzyon arasındaki etkileşimi optimize eden sistematik tasarım yaklaşımından kaynaklandığını belirtiyor. CuCl₂ gibi katkı maddelerinin derişimi ve polimer yapıların iç düzeni dikkatle analiz edilerek güç yoğunluğunu artıran ideal parametreler belirleniyor.

Araştırmanın baş yazarı Dong-Hu Kim, iyonik termoelektrik malzemelerde bugüne kadar tasarım ilkelerinin zayıf olduğunu, bu nedenle yüksek performansa ulaşmanın sınırlı kaldığını ifade ediyor. Bu çalışmanın ise gelecekte daha verimli iyonik termoelektrik sistemlerinin önünü açacak temel stratejiler sunduğunu vurguluyor.

Giyilebilir teknolojilerin uygulama potansiyeli

Yeni geliştirilen iyonik termoelektrik film, ince, hafif ve kıvrılabilir yapıda olduğu için cilde veya kavisli yüzeylere kolayca uygulanıyor. Bu sayede, akıllı saatler gibi giyilebilir elektronikler için pile ihtiyaç duymayan veya batarya yükünü önemli ölçüde azaltan enerji çözümleri ortaya çıkıyor.

Termoelektrik film, aynı zamanda çok düşük sıcaklık farklarının bulunduğu iç mekânlarda kendi kendine çalışan sensörler için de önemli bir potansiyel sunuyor. Isı farkının kolayca erişilebildiği endüstriyel ortamlarda, akıllı binalarda veya sağlık izleme sistemlerinde giyilebilir teknolojilerin enerji ihtiyacını karşılayan bütünleşik çözümler mümkün hâle geliyor.

Koreli araştırmacıların geliştirdiği iyonik termoelektrik film, yalnızca 1,5°C sıcaklık farkıyla elektrik üreterek giyilebilir cihazlarda enerji bağımsızlığını mümkün kılıyor

Teknologinin enerji bağımsızlığına katkısı

İyonik termoelektrik film, vücut ısısıyla elektrik üretimi sağlayarak enerji bağımsızlığına yönelik daha geniş bir dönüşümün parçası hâline geliyor. Elektronik cihazların en zayıf halkası olan bataryaya bağımlılığı azaltan bu tür çözümler, enerji verimliliği ve sürdürülebilirlik hedefleriyle doğrudan örtüşüyor.

Giyilebilir teknolojilerden sensör ağlarına kadar uzanan geniş bir uygulama yelpazesinde, vücut ısısıyla elektrik üretimi ve iyonik termoelektrik film gibi yenilikler, gelecekte daha hafif, daha uzun ömürlü ve çevresel etkisi düşük sistemlerin önünü açıyor. Bu da hem kullanıcı deneyimini iyileştiriyor hem de enerji altyapısının üzerinde oluşan baskıyı azaltan, yeni tasarım yaklaşımlarını teşvik ediyor.

İlgili Makaleler


İlgili HaberlerYazarın Diğer İçerikleri

Bir Cevap Bırakın

Lütfen yorumunuzu giriniz!
Lütfen isminizi buraya giriniz