Menggerakkan teknologi yang dapat dikenakan dengan 'tambalan' superkapasitor tekstil MXene

30 Jan 2023 (Berita Nanowerk) Para peneliti di Universitas Drexel selangkah lebih dekat untuk mewujudkan teknologi tekstil yang dapat dikenakan. Baru-baru ini diterbitkan di Royal Society of Chemistry Jurnal Kimia Bahan A (“Penyimpanan energi yang dapat dikenakan dengan superkapasitor tekstil MXene untuk penggunaan di dunia nyata”), ilmuwan material dari Drexel's College of Engineering, bekerja sama dengan tim di Accenture Labs, telah melaporkan desain baru patch superkapasitor fleksibel yang dapat dikenakan. Ini menggunakan MXene, bahan yang ditemukan di Universitas Drexel pada tahun 2011, untuk membuat superkapasitor berbasis tekstil yang dapat mengisi daya dalam hitungan menit dan menyalakan sensor suhu mikrokontroler Arduino dan komunikasi radio data selama hampir dua jam. “Ini adalah perkembangan yang signifikan untuk teknologi yang dapat dikenakan,” kata Yury Gogotsi, PhD, Universitas Terkemuka dan profesor Bach di Drexel's College of Engineering, yang ikut menulis penelitian tersebut. “Untuk mengintegrasikan teknologi sepenuhnya ke dalam kain, kami juga harus dapat mengintegrasikan sumber dayanya dengan mulus — penemuan kami menunjukkan jalan ke depan untuk perangkat penyimpanan energi tekstil.” Tambalan superkapasitor tekstil yang fleksibel, dibuat oleh para peneliti Universitas Drexel, dapat memberi daya pada mikrokontroler dan mengirimkan data suhu secara nirkabel selama hampir dua jam tanpa mengisi ulang. (Gambar: Universitas Drexel) Menulis bersama dengan mahasiswa sarjana dan pascadoktoral Gogotsi; Genevieve Dion, profesor dan direktur Center for Functional Fabrics dan peneliti dari Accenture Labs di California, studi ini didasarkan pada penelitian sebelumnya yang mengamati daya tahan, konduktivitas listrik, dan kapasitas penyimpanan energi tekstil yang difungsikan MXene yang tidak mendorong untuk mengoptimalkan tekstil. untuk menyalakan elektronik di luar perangkat pasif seperti lampu LED. Pekerjaan terbaru menunjukkan bahwa itu tidak hanya dapat menahan kerasnya menjadi tekstil, tetapi juga dapat menyimpan dan memberikan daya yang cukup untuk menjalankan pengumpulan elektronik yang dapat diprogram dan mentransmisikan data lingkungan selama berjam-jam – kemajuan yang dapat memposisikannya untuk digunakan dalam teknologi perawatan kesehatan. “Meskipun ada banyak bahan di luar sana yang dapat diintegrasikan ke dalam tekstil, MXene memiliki keunggulan tersendiri dibandingkan bahan lain karena konduktivitas alami dan kemampuannya untuk terdispersi dalam air sebagai larutan koloid yang stabil. Ini berarti tekstil dapat dengan mudah dilapisi dengan MXene tanpa menggunakan bahan tambahan kimia — dan langkah produksi tambahan — agar MXene melekat pada kain,” kata Tetiana Hryhorchuk, peneliti doktoral di College, dan rekan penulis. “Hasilnya, superkapasitor kami menunjukkan kepadatan energi yang tinggi dan mengaktifkan aplikasi fungsional seperti menyalakan elektronik yang dapat diprogram, yang diperlukan untuk mengimplementasikan penyimpanan energi berbasis tekstil ke dalam aplikasi kehidupan nyata.” Peneliti Drexel telah menjajaki kemungkinan mengadaptasi MXene, bahan nano dua dimensi konduktif, sebagai lapisan yang dapat mengilhami berbagai bahan dengan sifat konduktivitas, daya tahan, impermeabilitas terhadap radiasi elektromagnetik, dan penyimpanan energi yang luar biasa. Baru-baru ini, tim telah melihat cara menggunakan benang MXene konduktif untuk membuat tekstil yang merasakan dan merespons suhu, gerakan, dan tekanan. Tetapi untuk sepenuhnya mengintegrasikan perangkat kain ini sebagai "pakaian", para peneliti juga perlu menemukan cara untuk menenun sumber daya ke dalam campuran. “Platform penyimpanan energi yang fleksibel, dapat diregangkan, dan benar-benar berkelas tekstil sejauh ini tetap hilang dari sebagian besar sistem e-tekstil karena metrik kinerja yang tidak mencukupi dari bahan dan teknologi yang tersedia saat ini,” tulis tim peneliti. “Studi sebelumnya melaporkan kekuatan mekanik yang cukup untuk menahan rajutan industri. Namun, aplikasi yang didemonstrasikan hanya menyertakan perangkat sederhana.” Tim mulai merancang tambalan superkapasitor tekstil MXene dengan tujuan memaksimalkan kapasitas penyimpanan energi sambil menggunakan bahan aktif dalam jumlah minimal dan menggunakan ruang terkecil — untuk mengurangi biaya produksi keseluruhan dan menjaga fleksibilitas dan daya tahan pakai perangkat. garmen. Untuk membuat superkapasitor, tim hanya mencelupkan potongan kecil tekstil katun tenun ke dalam larutan MXene kemudian melapisinya dengan gel elektrolit litium klorida. Setiap sel superkapasitor terdiri dari dua lapisan tekstil berlapis MXene dengan pemisah elektrolit yang juga terbuat dari tekstil katun.

[Embedded content]

“Kami sampai pada konfigurasi yang dioptimalkan dari tumpukan lima sel berlapis celup dengan luas 25 sentimeter persegi untuk menghasilkan beban listrik yang diperlukan untuk menyalakan perangkat yang dapat diprogram,” kata Alex Inman, seorang peneliti doktoral di College of Engineering, dan rekan penulis makalah. “Kami juga menyegel sel dengan vakum untuk mencegah penurunan kinerja. Pendekatan pengemasan ini dapat diterapkan pada produk komersial.” Superkapasitor tekstil berperforma terbaik ini mendukung mikrokontroler Arduino Pro Mini 3.3V yang mampu mentransmisikan suhu secara nirkabel setiap 30 detik selama 96 menit. Dan itu mempertahankan tingkat kinerja ini secara konsisten selama lebih dari 20 hari. “Laporan awal dari superkapasitor tekstil MXene yang menggerakkan sistem elektronik periferal praktis menunjukkan potensi keluarga bahan dua dimensi ini untuk mendukung berbagai perangkat seperti pelacak gerak dan monitor biomedis dalam bentuk tekstil yang fleksibel,” kata Gogotsi. Tim peneliti mencatat bahwa ini adalah salah satu keluaran daya total tertinggi yang pernah tercatat untuk perangkat energi tekstil, tetapi masih dapat ditingkatkan. Saat mereka terus mengembangkan teknologi, mereka akan menguji konfigurasi elektrolit dan elektroda tekstil yang berbeda untuk meningkatkan voltase, serta mendesainnya dalam berbagai bentuk yang dapat dikenakan. “Daya untuk perangkat e-tekstil yang ada sebagian besar masih bergantung pada faktor bentuk tradisional seperti polimer-Litium dan baterai Lithium sel koin,” tulis para peneliti. “Dengan demikian, sebagian besar sistem e-tekstil tidak menggunakan arsitektur e-tekstil fleksibel yang menyertakan penyimpanan energi fleksibel. Superkapasitor MXene yang dikembangkan dalam penelitian ini mengisi kekosongan, menyediakan solusi penyimpanan energi berbasis tekstil yang dapat memberi daya pada elektronik yang fleksibel.”

• Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
• Platoblockchain. Intelijen Metaverse Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
• Sumber: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62271.php