Alimentando a tecnologia vestível com o 'patch' supercapacitor têxtil MXene

30 de janeiro de 2023 (Notícias do Nanowerk) Os pesquisadores da Drexel University estão um passo mais perto de tornar a tecnologia têxtil vestível uma realidade. Recentemente publicado no Royal Society of Chemistry's Journal of Material's Chemistry A (“Armazenamento de energia vestível com supercapacitores têxteis MXene para uso no mundo real”), cientistas de materiais da Faculdade de Engenharia de Drexel, em parceria com uma equipe da Accenture Labs, relataram um novo design de um patch supercapacitor vestível flexível. ele usa MXene, um material descoberto na Drexel University em 2011, para criar um supercapacitor baseado em tecido que pode carregar em minutos e alimentar um sensor de temperatura do microcontrolador Arduino e comunicação de dados por rádio por quase duas horas. “Este é um desenvolvimento significativo para a tecnologia vestível”, disse Yury Gogotsi, PhD, Distinguished University e professor de Bach na Faculdade de Engenharia de Drexel, co-autor do estudo. “Para integrar totalmente a tecnologia ao tecido, também devemos ser capazes de integrar perfeitamente sua fonte de energia – nossa invenção mostra o caminho a seguir para dispositivos têxteis de armazenamento de energia.” Um patch de supercapacitor têxtil flexível, criado por pesquisadores da Drexel University, pode alimentar um microcontrolador e transmitir dados de temperatura sem fio por quase duas horas sem recarga. (Imagem: Drexel University) Coautoria com alunos de graduação e pós-doutorado de Gogotsi; Genevieve Dion, professora e diretora do Center for Functional Fabrics e pesquisadora do Accenture Labs na Califórnia, o estudo se baseia em pesquisas anteriores que analisaram a durabilidade, condutividade elétrica e capacidade de armazenamento de energia de têxteis funcionalizados com MXene que não pressionavam para otimizar o tecido para alimentar eletrônicos além de dispositivos passivos, como luzes LED. O trabalho mais recente mostra que não só pode suportar os rigores de ser um têxtil, mas também pode armazenar e fornecer energia suficiente para operar eletrônicos programáveis, coletando e transmitindo dados ambientais por horas – um progresso que pode posicioná-lo para uso em tecnologia de saúde. “Embora existam muitos materiais que podem ser integrados aos têxteis, o MXene tem uma vantagem distinta sobre outros materiais devido à sua condutividade natural e capacidade de dispersão em água como uma solução coloidal estável. Isso significa que os têxteis podem ser facilmente revestidos com MXene sem o uso de aditivos químicos – e etapas de produção adicionais – para fazer com que o MXene adira ao tecido”, disse Tetiana Hryhorchuk, pesquisadora de doutorado no College e coautora. “Como resultado, nosso supercapacitor mostrou uma alta densidade de energia e permitiu aplicações funcionais, como alimentar a eletrônica programável, necessária para implementar o armazenamento de energia baseado em têxteis nas aplicações da vida real.” Os pesquisadores da Drexel têm explorado a possibilidade de adaptar o MXene, um nanomaterial bidimensional condutor, como um revestimento que pode imbuir uma ampla gama de materiais com propriedades excepcionais de condutividade, durabilidade, impermeabilidade à radiação eletromagnética e armazenamento de energia. Recentemente, a equipe procurou maneiras de usar o fio condutor MXene para criar tecidos que detectam e respondem à temperatura, movimento e pressão. Mas, para integrar totalmente esses dispositivos de tecido como “vestíveis”, os pesquisadores também precisavam encontrar uma maneira de inserir uma fonte de energia na mistura. “Plataformas de armazenamento de energia flexíveis, extensíveis e verdadeiramente têxteis até agora permaneceram ausentes da maioria dos sistemas e-têxteis devido às métricas de desempenho insuficientes dos materiais e tecnologias disponíveis atualmente”, escreveu a equipe de pesquisa. “Estudos anteriores relataram resistência mecânica suficiente para suportar tricô industrial. No entanto, o aplicativo demonstrado incluía apenas dispositivos simples.” A equipe decidiu projetar seu patch de supercapacitor têxtil MXene com o objetivo de maximizar a capacidade de armazenamento de energia, usando uma quantidade mínima de material ativo e ocupando a menor quantidade de espaço - para reduzir o custo geral de produção e preservar a flexibilidade e a usabilidade do vestuário. Para criar o supercapacitor, a equipe simplesmente mergulhou pequenas amostras de tecido de algodão em uma solução MXene, em seguida, em camadas em um gel de eletrólito de cloreto de lítio. Cada célula do supercapacitor consiste em duas camadas de tecido revestido com MXene com um separador de eletrólito também feito de tecido de algodão.

[Conteúdo incorporado]

“Chegamos à configuração otimizada de uma pilha de cinco células revestida por imersão com uma área de 25 centímetros quadrados para produzir a carga elétrica necessária para alimentar dispositivos programáveis”, disse Alex Inman, pesquisador de doutorado na Faculdade de Engenharia e co-autor do artigo. “Também selamos as células a vácuo para evitar a degradação do desempenho. Essa abordagem de embalagem pode ser aplicável a produtos comerciais”. O supercapacitor têxtil de melhor desempenho alimentou um microcontrolador Arduino Pro Mini 3.3V que foi capaz de transmitir temperatura sem fio a cada 30 segundos por 96 minutos. E manteve esse nível de desempenho consistentemente por mais de 20 dias. “O relatório inicial de um supercapacitor têxtil MXene alimentando um sistema eletrônico periférico prático demonstra o potencial dessa família de materiais bidimensionais para suportar uma ampla gama de dispositivos, como rastreadores de movimento e monitores biomédicos em uma forma têxtil flexível”, disse Gogotsi. A equipe de pesquisa observa que esta é uma das maiores potências totais já registradas para um dispositivo de energia têxtil, mas ainda pode melhorar. À medida que continuam a desenvolver a tecnologia, eles testarão diferentes eletrólitos e configurações de eletrodos têxteis para aumentar a voltagem, além de projetá-la em uma variedade de formas vestíveis. “A energia para os dispositivos e-têxteis existentes ainda depende em grande parte de fatores de forma tradicionais, como polímeros de lítio e baterias de lítio de célula tipo moeda”, escreveram os pesquisadores. “Como tal, a maioria dos sistemas e-têxteis não usa uma arquitetura flexível de e-têxteis que inclua armazenamento flexível de energia. O supercapacitor MXene desenvolvido neste estudo preenche o vazio, fornecendo uma solução de armazenamento de energia baseada em têxteis que pode alimentar eletrônicos flexíveis”.

• Conteúdo com tecnologia de SEO e distribuição de relações públicas. Seja amplificado hoje.
• Platoblockchain. Inteligência Metaverso Web3. Conhecimento Ampliado. Acesse aqui.
• Fonte: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62271.php