Alimentarea tehnologiei purtabile cu „patch” de supercondensator textil MXene

30 ianuarie 2023 (Știri Nanowerk) Cercetătorii de la Universitatea Drexel sunt cu un pas mai aproape de a transforma tehnologia textilă purtabilă în realitate. Publicat recent în Royal Society of Chemistry's Jurnalul de chimie a materialelor A („Depozitare de energie purtabilă cu supercondensatoare textile MXene pentru utilizare în lumea reală”), oamenii de știință ai materialelor de la Colegiul de Inginerie Drexel, în parteneriat cu o echipă de la Accenture Labs, au raportat un nou design al unui plasture de supercondensator flexibil, portabil. Folosește MXene, un material descoperit la Universitatea Drexel în 2011, pentru a crea un supercondensator pe bază de textile care se poate încărca în câteva minute și poate alimenta un senzor de temperatură cu microcontroler Arduino și comunicarea radio a datelor timp de aproape două ore. „Aceasta este o dezvoltare semnificativă pentru tehnologia purtată”, a spus Yury Gogotsi, PhD, Distinguished University și profesor Bach la Colegiul de Inginerie Drexel, care a fost coautor al studiului. „Pentru a integra pe deplin tehnologia în țesătură, trebuie, de asemenea, să fim capabili să integrăm perfect sursa de energie – invenția noastră arată calea de urmat pentru dispozitivele textile de stocare a energiei.” Un plasture flexibil de supercondensator textil, creat de cercetătorii de la Universitatea Drexel, poate alimenta un microcontroler și poate transmite fără fir date de temperatură timp de aproape două ore fără a fi reîncărcat. (Imagine: Universitatea Drexel) Co-autor împreună cu studenții de licență și postdoctorați ai lui Gogotsi; Genevieve Dion, profesor și director al Centrului pentru țesături funcționale și cercetători de la Accenture Labs din California, studiul se bazează pe cercetări anterioare care au analizat durabilitatea, conductibilitatea electrică și capacitatea de stocare a energiei textilelor funcționale cu MXene, care nu au făcut eforturi pentru a optimiza materialul textil. pentru alimentarea electronicelor dincolo de dispozitivele pasive, cum ar fi luminile LED. Cele mai recente lucrări arată că nu numai că poate rezista rigorilor de a fi un textil, dar poate, de asemenea, stoca și furniza suficientă putere pentru a rula electronice programabile care colectează și transmit date de mediu ore în șir - progres care l-ar putea poziționa pentru utilizarea în tehnologia de îngrijire a sănătății. „Deși există multe materiale care pot fi integrate în textile, MXene are un avantaj distinct față de alte materiale, datorită conductivității sale naturale și capacității de a se dispersa în apă ca o soluție coloidală stabilă. Aceasta înseamnă că textilele pot fi acoperite cu ușurință cu MXene fără a utiliza aditivi chimici – și pași suplimentari de producție – pentru a face ca MXene să adere la țesătură”, a spus Tetiana Hryhorchuk, cercetător doctor în cadrul colegiului și coautor. „Ca urmare, supercondensatorul nostru a arătat o densitate mare de energie și a permis aplicații funcționale, cum ar fi alimentarea electronicelor programabile, care este necesară pentru implementarea stocării de energie pe bază de textile în aplicațiile din viața reală.” Cercetătorii Drexel au explorat posibilitatea adaptării MXene, un nanomaterial bidimensional conductiv, ca o acoperire care poate impregna o gamă largă de materiale cu proprietăți excepționale de conductivitate, durabilitate, impermeabilitate la radiațiile electromagnetice și stocarea energiei. Recent, echipa a analizat modalități de utilizare a firului conductor MXene pentru a crea textile care simt și răspund la temperatură, mișcare și presiune. Dar pentru a integra pe deplin aceste dispozitive din țesătură ca „purtabile”, cercetătorii au trebuit, de asemenea, să găsească o modalitate de a țese o sursă de energie în amestec. „Platformele de stocare a energiei flexibile, extensibile și cu adevărat de calitate textilă au rămas până acum lipsă din majoritatea sistemelor e-textile din cauza parametrilor de performanță insuficiente ale materialelor și tehnologiilor disponibile curente”, a scris echipa de cercetare. „Studiile anterioare au raportat o rezistență mecanică suficientă pentru a rezista la tricotajele industriale. Cu toate acestea, aplicația demonstrată a inclus doar dispozitive simple.” Echipa și-a propus să-și proiecteze patch-ul de supercondensator textil MXene cu scopul de a maximiza capacitatea de stocare a energiei folosind o cantitate minimă de material activ și ocupând cel mai mic spațiu - pentru a reduce costul total de producție și pentru a păstra flexibilitatea și purtabilitatea. îmbrăcăminte. Pentru a crea supercondensatorul, echipa pur și simplu a scufundat mici mostre de material textil de bumbac țesut într-o soluție MXene, apoi a fost stratificată pe un gel electrolit de clorură de litiu. Fiecare celulă de supercondensator constă din două straturi de material textil acoperit cu MXene, cu un separator de electroliți, tot din material textil de bumbac.

[Conținutul încorporat]

„Am ajuns la configurația optimizată a unei stive de cinci celule acoperite prin imersare cu o suprafață de 25 de centimetri pătrați pentru a produce încărcarea electrică necesară pentru alimentarea dispozitivelor programabile”, a spus Alex Inman, cercetător doctor la Colegiul de Inginerie și coautor al lucrării. „De asemenea, am sigilat cu vid celulele pentru a preveni degradarea performanței. Această abordare de ambalare ar putea fi aplicabilă produselor comerciale.” Cel mai performant supercondensator textil a alimentat un microcontroler Arduino Pro Mini de 3.3 V care a fost capabil să transmită wireless temperatura la fiecare 30 de secunde timp de 96 de minute. Și a menținut acest nivel de performanță în mod constant timp de mai mult de 20 de zile. „Raportul inițial al unui supercondensator textil MXene care alimentează un sistem electronic periferic practic demonstrează potențialul acestei familii de materiale bidimensionale de a susține o gamă largă de dispozitive, cum ar fi trackere de mișcare și monitoare biomedicale într-o formă flexibilă de material textil”, a spus Gogotsi. Echipa de cercetare observă că aceasta este una dintre cele mai mari puteri totale înregistrate pentru un dispozitiv energetic textil, dar încă se poate îmbunătăți. Pe măsură ce continuă să dezvolte tehnologia, ei vor testa diferiți electroliți și configurații de electrozi textile pentru a crește tensiunea, precum și o vor proiecta într-o varietate de forme portabile. „Puterea pentru dispozitivele e-textile existente se bazează încă în mare măsură pe factori de formă tradiționali, cum ar fi bateriile cu litiu-polimer și bateriile cu litiu”, au scris cercetătorii. „Ca atare, majoritatea sistemelor e-textile nu folosesc o arhitectură flexibilă e-textilă care include stocarea flexibilă a energiei. Supercondensatorul MXene dezvoltat în acest studiu umple golul, oferind o soluție de stocare a energiei pe bază de textile, care poate alimenta electronice flexibile.”

• Distribuție de conținut bazat pe SEO și PR. Amplifică-te astăzi.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Cunoștințe amplificate. Accesați Aici.
• Sursa: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62271.php