Viselhető technológia tápellátása MXene textil szuperkondenzátor „patch” segítségével

Újra kiadta Platón

Követő: 0

30. január 2023. (Nanowerk News) A Drexel Egyetem kutatói egy lépéssel közelebb kerültek a hordható textiltechnológia megvalósításához. Nemrég megjelent a Royal Society of Chemistry's-ben Journal of Material's Chemistry A („Viselhető energiatároló MXene textil szuperkondenzátorokkal valós használatra”), a Drexel's College of Engineering anyagtudósai az Accenture Labs csapatával együttműködve egy rugalmas, hordható szuperkondenzátor-patch új kialakításáról számoltak be. Használja MXeneA Drexel Egyetemen 2011-ben felfedezett anyag egy textil alapú szuperkondenzátor létrehozása, amely percek alatt tölthető, és egy Arduino mikrokontroller hőmérséklet-érzékelőjét táplálja, és csaknem két órán keresztül rádiókommunikál az adatokat. "Ez jelentős fejlesztés a hordható technológia terén" - mondta Yury Gogotsi, PhD, Distinguished University és Bach professzor a Drexel's College of Engineeringben, aki a tanulmány társszerzője. „Ahhoz, hogy a technológiát teljes mértékben integrálhassuk a szövetbe, zökkenőmentesen integrálni kell az energiaforrást is – találmányunk a textilenergia-tároló eszközök előrehaladását mutatja.” szöveg

A Drexel Egyetem kutatói által megalkotott rugalmas textil szuperkondenzátor tapasz képes egy mikrokontrollert táplálni, és vezeték nélkül továbbítani a hőmérsékleti adatokat közel két órán keresztül, újratöltés nélkül. (Kép: Drexel Egyetem) Gogotsi egyetemi és posztdoktori hallgatóival közösen írt; Genevieve Dion, a Funkcionális Szövet Központ professzora és igazgatója, valamint a kaliforniai Accenture Labs kutatói a tanulmány olyan korábbi kutatásokra épül, amelyek az MXene-funkcionalizált textíliák tartósságát, elektromos vezetőképességét és energiatároló képességét vizsgálták, amelyek nem szorultak a textil optimalizálására. passzív eszközökön, például LED-lámpákon kívüli elektronika táplálására. A legfrissebb munkák azt mutatják, hogy nem csak ellenáll a textil lét nehézségeinek, de elegendő energiát is képes tárolni és leadni ahhoz, hogy a programozható elektronikát órákon át gyűjtse és továbbítsa a környezeti adatokat – ez olyan előrelépés, amely alkalmassá teheti az egészségügyi technológiai felhasználásra. „Bár sok olyan anyag létezik, amely beépíthető a textíliákba, az MXene határozott előnnyel rendelkezik más anyagokkal szemben, mivel természetes vezetőképessége és vízben diszpergálódik, mint stabil kolloid oldat. Ez azt jelenti, hogy a textíliák könnyen bevonhatók MXene-vel kémiai adalékanyagok – és további gyártási lépések – használata nélkül, hogy az MXene tapadjon a szövethez” – mondta Tetiana Hryhorchuk, a College doktori kutatója és társszerzője. „Ennek eredményeként szuperkondenzátorunk nagy energiasűrűséget mutatott, és olyan funkcionális alkalmazásokat tett lehetővé, mint például a programozható elektronika tápellátása, amelyre szükség van a textilalapú energiatárolás valós alkalmazásokban való megvalósításához.” A Drexel kutatói vizsgálják annak lehetőségét, hogy az MXene-t, egy vezetőképes, kétdimenziós nanoanyagot olyan bevonatként alkalmazzák, amely sokféle anyagot képes átitatni, kivételes vezetőképességgel, tartóssággal, elektromágneses sugárzást át nem eresztő képességgel és energiatárolással. A közelmúltban a csapat megvizsgálta, hogyan lehet vezetőképes MXene fonalat felhasználni olyan textíliák létrehozására, amelyek érzékelik a hőmérsékletet, a mozgást és a nyomást, és reagálnak azokra. De ahhoz, hogy ezeket a szöveteszközöket „hordható eszközként” teljes mértékben integrálhassák, a kutatóknak meg kellett találniuk a módját, hogyan szőjenek be egy áramforrást a keverékbe. "A rugalmas, nyújtható és valóban textil minőségű energiatároló platformok eddig hiányoztak a legtöbb e-textil rendszerből a jelenleg rendelkezésre álló anyagok és technológiák elégtelen teljesítménymutatói miatt" - írta a kutatócsoport. „Korábbi tanulmányok elegendő mechanikai szilárdságról számoltak be az ipari kötéshez. A bemutatott alkalmazás azonban csak egyszerű eszközöket tartalmazott.” A csapat az MXene textil szuperkondenzátor foltjának megtervezését tűzte ki célul, hogy maximalizálja az energiatároló kapacitást, miközben minimális mennyiségű aktív anyagot használ fel, és a lehető legkisebb helyet foglalja el – hogy csökkentse a teljes gyártási költséget, és megőrizze a rugalmasságot és viselhetőséget. ruha. A szuperkondenzátor létrehozásához a csapat egyszerűen kis szőtt pamuttextíliát mártott MXene oldatba, majd lítium-klorid elektrolit géllel rétegezte. Minden szuperkondenzátor cella két réteg MXene bevonatú textilből áll, és egy szintén pamut textilből készült elektrolitleválasztóval.

[Beágyazott tartalmat]

"Eljutottunk egy 25 négyzetcentiméter területű, mártott bevonatú, ötcellás köteg optimalizált konfigurációjához, amely a programozható eszközök táplálásához szükséges elektromos terhelést biztosítja" - mondta Alex Inman, a Műszaki Főiskola doktora. a lap társszerzője. „Vákuumosan lezártuk a cellákat, hogy megakadályozzuk a teljesítmény romlását. Ez a csomagolási megközelítés alkalmazható kereskedelmi termékekre is.” A legjobb teljesítményű textil szuperkondenzátor egy Arduino Pro Mini 3.3 V-os mikrokontrollert működtetett, amely vezeték nélkül képes volt 30 másodpercenként hőmérsékletet továbbítani 96 percig. És ezt a teljesítményszintet folyamatosan megőrizte több mint 20 napig. "A gyakorlati perifériás elektronikai rendszert tápláló MXene textil szuperkondenzátor kezdeti jelentése bemutatja a kétdimenziós anyagok e családjában rejlő lehetőségeket az eszközök széles skálájának támogatására, mint például a mozgáskövetők és az orvosbiológiai monitorok rugalmas textil formában" - mondta Gogotsi. A kutatócsoport megjegyzi, hogy ez az egyik legmagasabb összteljesítmény a textilenergetikai eszközöknél, de még mindig javulhat. A technológia továbbfejlesztése során különféle elektrolitokat és textilelektróda-konfigurációkat tesztelnek majd a feszültség növelése érdekében, valamint különféle hordható formában tervezik. "A meglévő e-textil eszközök teljesítménye még mindig nagyrészt a hagyományos formai tényezőkön múlik, mint például a lítium-polimer és a gombelemes lítium akkumulátorok" - írták a kutatók. „Mint ilyen, a legtöbb e-textil rendszer nem használ rugalmas e-textil architektúrát, amely rugalmas energiatárolást is magában foglal. Az ebben a tanulmányban kifejlesztett MXene szuperkondenzátor kitölti az űrt, és textil alapú energiatároló megoldást kínál, amely rugalmas elektronikát képes táplálni.