Driver bærbar teknologi med MXene tekstil superkondensator 'patch'

Driver bærbar teknologi med MXene tekstil superkondensator 'patch'

Tidsstempel: 30. januar 2023 12:49
Kildeknude: 1930935
30. januar 2023 (Nanowerk nyheder) Forskere ved Drexel University er et skridt tættere på at gøre bærbar tekstilteknologi til en realitet. For nylig offentliggjort i Royal Society of Chemistry's Journal of Materials Chemistry A ("Bærbar energilagring med MXene tekstil superkondensatorer til brug i den virkelige verden"), har materialeforskere fra Drexel's College of Engineering i samarbejde med et team hos Accenture Labs rapporteret om et nyt design af et fleksibelt, bærbart superkondensatorplaster. Det bruger MXene, et materiale, der blev opdaget ved Drexel University i 2011, for at skabe en tekstilbaseret superkondensator, der kan oplades på få minutter og drive en Arduino mikrocontroller temperatursensor og radiokommunikation af data i næsten to timer. "Dette er en væsentlig udvikling for bærbar teknologi," sagde Yury Gogotsi, PhD, Distinguished University og Bach-professor ved Drexel's College of Engineering, som var medforfatter til undersøgelsen. "For fuldt ud at integrere teknologi i stof, skal vi også være i stand til problemfrit at integrere dens strømkilde - vores opfindelse viser vejen frem for tekstilenergilagringsenheder." tekst Et fleksibelt tekstil-superkondensatorplaster, skabt af Drexel University-forskere, kan drive en mikrocontroller og trådløst transmittere temperaturdata i næsten to timer uden genopladning. (Billede: Drexel University) Medforfatter sammen med Gogotsis bachelor- og postdoc-studerende; Genevieve Dion, professor og direktør for Center for Functional Fabrics og forskere fra Accenture Labs i Californien, undersøgelsen bygger på tidligere forskning, der så på holdbarhed, elektrisk ledningsevne og energilagringskapacitet af MXene-funktionaliserede tekstiler, der ikke pressede på for at optimere tekstilet til at drive elektronik ud over passive enheder såsom LED-lys. Det seneste arbejde viser, at det ikke kun kan modstå strabadserne ved at være et tekstil, men det kan også lagre og levere nok strøm til at køre programmerbar elektronik, der indsamler og transmitterer miljødata i timevis – fremskridt, der kunne placere det til brug i sundhedsteknologi. "Selvom der er mange materialer derude, der kan integreres i tekstiler, har MXene en klar fordel i forhold til andre materialer på grund af dens naturlige ledningsevne og evne til at sprede sig i vand som en stabil kolloid løsning. Det betyder, at tekstiler nemt kan belægges med MXene uden at bruge kemiske tilsætningsstoffer - og yderligere produktionstrin - for at få MXene til at klæbe til stoffet," sagde Tetiana Hryhorchuk, en doktorgradsforsker ved kollegiet og medforfatter. "Som et resultat viste vores superkondensator en høj energitæthed og aktiverede funktionelle applikationer såsom at drive programmerbar elektronik, som er nødvendig for at implementere tekstilbaseret energilagring i de virkelige applikationer." Drexel-forskere har undersøgt muligheden for at tilpasse MXene, et ledende todimensionelt nanomateriale, som en belægning, der kan gennemsyre en bred vifte af materialer med exceptionelle egenskaber for ledningsevne, holdbarhed, uigennemtrængelighed for elektromagnetisk stråling og energilagring. For nylig har teamet set på måder at bruge ledende MXene-garn til at skabe tekstiler, der registrerer og reagerer på temperatur, bevægelse og tryk. Men for fuldt ud at integrere disse stofenheder som "wearables" var forskerne også nødt til at finde en måde at flette en strømkilde ind i blandingen. "Fleksible, strækbare og virkelig tekstilkvalitets energilagringsplatforme er hidtil forblevet savnet fra de fleste e-tekstilsystemer på grund af de utilstrækkelige ydeevnemålinger af nuværende tilgængelige materialer og teknologier," skrev forskerholdet. "Tidligere undersøgelser rapporterede tilstrækkelig mekanisk styrke til at modstå industriel strikning. Den demonstrerede applikation inkluderede dog kun simple enheder." Holdet satte sig for at designe sit MXene tekstil-superkondensatorplaster med det mål at maksimere energilagringskapaciteten, mens de bruger en minimal mængde aktivt materiale og optager den mindste mængde plads - for at reducere de samlede produktionsomkostninger og bevare fleksibiliteten og slidstyrken af beklædningsgenstand. For at skabe superkondensatoren dyppede holdet ganske enkelt små swatches af vævet bomuldstekstil i en MXene-opløsning og lagde derefter på en lithiumchlorid-elektrolytgel. Hver superkondensatorcelle består af to lag MXene-belagt tekstil med en elektrolytseparator også lavet af bomuldstekstil.

[Indlejret indhold]

"Vi kom frem til den optimerede konfiguration af en dip-coated, fem-cellet stak med et areal på 25 kvadratcentimeter til at producere den elektriske belastning, der er nødvendig for at drive programmerbare enheder," sagde Alex Inman, en doktorgradsforsker ved College of Engineering, og medforfatter til papiret. "Vi har også vakuumforseglet cellerne for at forhindre forringelse af ydeevnen. Denne emballagetilgang kunne være anvendelig til kommercielle produkter." Den bedst ydende tekstil-superkondensator drev en Arduino Pro Mini 3.3V mikrocontroller, der var i stand til trådløst at transmittere temperatur hvert 30. sekund i 96 minutter. Og det opretholdt dette præstationsniveau konsekvent i mere end 20 dage. "Den første rapport om en MXene tekstil superkondensator, der driver et praktisk perifert elektroniksystem, demonstrerer potentialet i denne familie af todimensionelle materialer til at understøtte en bred vifte af enheder såsom motion trackers og biomedicinske monitorer i en fleksibel tekstil form," sagde Gogotsi. Forskerholdet bemærker, at dette er en af ​​de højeste samlede effektydelser nogensinde for en tekstilenergienhed, men den kan stadig forbedres. Mens de fortsætter med at udvikle teknologien, vil de teste forskellige elektrolytter og tekstilelektrodekonfigurationer for at booste spændingen, samt designe den i en række forskellige bærbare former. "Strøm til eksisterende e-tekstil-enheder afhænger stadig i vid udstrækning af traditionelle formfaktorer som lithium-polymer og møntcelle-lithium-batterier," skrev forskerne. "Som sådan bruger de fleste e-tekstilsystemer ikke en fleksibel e-tekstilarkitektur, der inkluderer fleksibel energilagring. MXene-superkondensatoren udviklet i denne undersøgelse udfylder tomrummet og giver en tekstilbaseret energilagringsløsning, der kan drive fleksibel elektronik."

Tidsstempel:

Mere fra Nanoværk