Mimosa Seed Bio-Piezoelectric Device fonctionne comme un supercondensateur auto-chargement à haute efficacité

La plupart des générateurs d’énergie actuellement utilisés dans l’industrie de l’électronique sont basés sur des matériaux piézoélectriques inorganiques qui ne sont pas bio-compatibles et contribuent à la pollution de l’environnement sur Terre. Ces dernières années, certains chercheurs en électronique et ingénieurs chimiques ont ainsi essayé de développer des dispositifs alternatifs qui peuvent produire de l’électricité pour les implants médicaux, l’électronique portable, les robots et autres matériaux organiques électroniques qui sont sûrs, bio-compatibles et non toxiques.

Des chercheurs de l’Indian Institute of Technology ont récemment introduit un nouvel appareil basé sur des graines de la plante Mimosa Pudica, qui peuvent servir à la fois de nanogénérateur bio-pizoélectrique et de supercondensateur autoproclamé. Leur appareil proposé, décrit dans un papier publié dans le Journal de génie chimiques’est avéré obtenir des efficacités remarquables, tout en ayant un impact négatif moindre sur l’environnement.

« Cette étude a été motivée par la nécessité de systèmes énergétiques biocompatibles et autonomes à l’alimentation dispositifs médicaux implantables (Par exemple, les stimulateurs cardiaques, les neurostimulateurs) et l’électronique portable « , a déclaré à Tech Xplore, le Dr Bhanu Bhusan Khatua, auteur principal du journal.

« Matériaux piézoélectriques inorganiques existants comme les composés à base de plomb (par exemple, (PB, ZR) TIO₃Pbtio₃)) ont posé des risques de toxicité, de préjudice écologique et de complications chirurgicales dues à la non-biodégradabilité, qui nous ont inspiré à explorer les graines de Mimosa Pudica Linn (MPL) – une ressource naturelle, comestible et abondante – comme une alternative verte. « 

La récente étude du Dr BB Khatua et de ses collègues avait trois objectifs principaux. Tout d’abord, les chercheurs ont décidé de développer un nouveau nanogénérateur bio-piézoélectrique, qui utilise un hydrogel dérivé de graines MPL à la récolte énergie mécaniquecomme celui associé à la pression des doigts.

En utilisant le même hydrogel, les chercheurs ont également souhaité concevoir un supercondensateur autoproclamé avec des électrodes basées sur RGO / Nizto, qui pourraient stocker efficacement l’énergie récoltée par le nanogénérateur. Leur objectif final était d’intégrer ces deux capacités (c’est-à-dire la récolte d’énergie et le stockage) dans un seul dispositif biocompatible qui pourrait fonctionner de manière autonome à l’intérieur de diverses appareils électroniques, y compris les implants médicaux et les technologies portables.

« L’effet coopératif de l’électroactivité et des transformations complexes dans le cadre moléculaire des particules de poudre de graine MPL lorsqu’elles sont soumises à contrainte mécanique Peut être utilisé pour caractériser le mécanisme de production de nano énergie du dispositif MSPEG « , a expliqué le Dr Khatua.

« La poudre de graines MPL est composée de tubuline, de glycosylflavones, de cétone phénolique, de buffadiénolide, de polysaccharides glucuronoxylane (c’est-à-dire de l’hémicellulose dans des angiospermes composés de chaîne de xylose substituée par l’acide glucuronique (souvent 4-o-méthylées) et de ces components) et d’autres groupes de bioligands n – contenant du bioligand. Les groupes −OH, qui sont connectés par la contrainte mécanique inter / intramoléculaire H-liding et transfèrent la contrainte mécanique dans l’énergie électrique à mesure que ces groupes fonctionnels se déforment. « 

Le principal avantage du nouveau dispositif développé par le Dr Khatua et ses collègues est qu’il est basé sur des graines de MPL comestibles, il n’est donc pas aussi toxique pour l’environnement que les solutions de récolte d’énergie actuellement utilisées basées sur des matériaux inorganiques. Malgré sa biocompatibilité, l’appareil s’est avéré obtenir une efficacité énergétique élevée et une efficacité de conversion énergétique.

« En tant que Nano-Energy Harvester (MSPEG) piézoélectrique, notre appareil a obtenu une production piézoélectrique de ~ 13,5 V et ~ 2,98 μA, dépassant de nombreux concurrents bio », a déclaré le Dr Khatua. « De plus, le bio-hydrogel de graines MPL présente 24 pc / n de coefficient piézoélectrique et 40,2% d’efficacité de conversion d’énergie. »

Lorsque vous travaillez comme supercondensateur, l’appareil développé par le Dr Khatua et ses collègues s’est avéré présenter une bonne stabilité du cyclisme, conservant 87,5% de sa capacité après 6 000 cycles d’opération. Il s’est également avéré avoir un densité énergétique de 125,4 wh / kg à 1200 w / kg de densité de puissance et est capable de générer et de stocker de manière autonome et stocké la tension, même sous une contrainte mécanique.

« Notre appareil peut permettre une puissance plus sûre et plus durable pour les implants (par exemple, les pacemakers) sans remplacement de batterie risqué », a déclaré le Dr Khatua. « Il peut également soutenir le développement de l’électronique flexible pour la surveillance de la santé ou les capteurs IoT, contribuant à réduire la dépendance aux matériaux toxiques et à promouvoir les systèmes d’énergie circulaire. »

À l’avenir, le nouveau nanogénérateur et supercondensateur développé par ce groupe de recherche pourrait être amélioré davantage et testé dans divers appareils électroniques. Comme l’hydrogel dérivé des graines MPL, il est basé sur la biodégradation, le Dr Khatua et ses collègues prévoient également d’essayer d’améliorer sa réponse piézoélectrique en modifiant sa structure.

« Dans nos prochaines études, nous nous concentrerons sur l’évolutivité des méthodes de synthèse rentables pour les matériaux électroactifs RGO / Nizto, ainsi que sur les appareils MSPEG et SCS développés et leur intégration et leurs tests dans des prototypes médicaux pratiques et portables », a ajouté le Dr Khatua. « Nous explorerons également la multifonctionnalité des systèmes hybrides combinant la récolte d’énergie piézoélectrique, triboélectrique et solaire. »

© 2025 Science X Réseau