ขับเคลื่อนเทคโนโลยีสวมใส่ด้วย 'patch' supercapacitor สิ่งทอ MXene

30 ม.ค. 2023 (ข่าวนาโนเวิร์ค) นักวิจัยที่ Drexel University ใกล้เข้ามาอีกก้าวหนึ่งในการทำให้เทคโนโลยีสิ่งทอที่สวมใส่ได้เป็นจริง เผยแพร่เมื่อเร็ว ๆ นี้ใน Royal Society of Chemistry's วารสารเคมีของวัสดุ A (“การจัดเก็บพลังงานที่สวมใส่ได้ด้วยซุปเปอร์คาปาซิเตอร์สิ่งทอ MXene สำหรับการใช้งานในโลกแห่งความเป็นจริง”) นักวิทยาศาสตร์ด้านวัสดุจาก Drexel's College of Engineering ร่วมกับทีมงานที่ Accenture Labs ได้รายงานการออกแบบใหม่ของแพทช์ซุปเปอร์คาปาซิเตอร์ที่สวมใส่ได้แบบยืดหยุ่น มันใช้ เอ็มซีนซึ่งเป็นวัสดุที่ถูกค้นพบที่ Drexel University ในปี 2011 เพื่อสร้างซุปเปอร์คาปาซิเตอร์จากสิ่งทอที่สามารถชาร์จได้ในไม่กี่นาทีและจ่ายพลังงานให้กับเซ็นเซอร์อุณหภูมิไมโครคอนโทรลเลอร์ Arduino และการสื่อสารข้อมูลทางวิทยุเป็นเวลาเกือบสองชั่วโมง “นี่คือการพัฒนาที่สำคัญสำหรับเทคโนโลยีที่สวมใส่ได้” Yury Gogotsi, PhD, Distiminated University และศาสตราจารย์ Bach จาก Drexel's College of Engineering ผู้ร่วมวิจัยกล่าว “ในการผสานรวมเทคโนโลยีเข้ากับเนื้อผ้าอย่างสมบูรณ์ เราจะต้องสามารถผสานรวมแหล่งพลังงานได้อย่างราบรื่น สิ่งประดิษฐ์ของเราแสดงให้เห็นเส้นทางไปข้างหน้าสำหรับอุปกรณ์จัดเก็บพลังงานสิ่งทอ” แพตช์ซุปเปอร์คาปาซิเตอร์สิ่งทอที่ยืดหยุ่นได้ซึ่งสร้างโดยนักวิจัยของมหาวิทยาลัย Drexel สามารถจ่ายไฟให้กับไมโครคอนโทรลเลอร์และส่งข้อมูลอุณหภูมิแบบไร้สายได้เกือบสองชั่วโมงโดยไม่ต้องชาร์จใหม่ (ภาพ: Drexel University) ร่วมเขียนร่วมกับนักศึกษาระดับปริญญาตรีและหลังปริญญาเอกของ Gogotsi; Genevieve Dion ศาสตราจารย์และผู้อำนวยการ Center for Functional Fabrics และนักวิจัยจาก Accenture Labs ในแคลิฟอร์เนีย การศึกษานี้ต่อยอดจากงานวิจัยก่อนหน้านี้ที่พิจารณาถึงความทนทาน การนำไฟฟ้า และความสามารถในการกักเก็บพลังงานของสิ่งทอที่ทำหน้าที่ MXene ซึ่งไม่ได้ผลักดันให้สิ่งทอปรับให้เหมาะสมที่สุด สำหรับการจ่ายไฟให้กับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์นอกเหนือจากอุปกรณ์แบบพาสซีฟ เช่น ไฟ LED ผลงานล่าสุดแสดงให้เห็นว่าไม่เพียงแต่สามารถทนทานต่อการเป็นสิ่งทอเท่านั้น แต่ยังสามารถเก็บและจ่ายพลังงานได้มากพอที่จะเรียกใช้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ตั้งโปรแกรมได้ รวบรวมและส่งข้อมูลด้านสิ่งแวดล้อมเป็นเวลาหลายชั่วโมง ซึ่งเป็นความก้าวหน้าที่สามารถวางตำแหน่งนี้เพื่อใช้ในเทคโนโลยีการดูแลสุขภาพ “ในขณะที่มีวัสดุมากมายที่สามารถรวมเข้ากับสิ่งทอได้ MXene มีข้อได้เปรียบที่แตกต่างจากวัสดุอื่นๆ เนื่องจากการนำไฟฟ้าตามธรรมชาติและความสามารถในการกระจายตัวในน้ำเป็นสารละลายคอลลอยด์ที่เสถียร ซึ่งหมายความว่าสิ่งทอสามารถเคลือบด้วย MXene ได้อย่างง่ายดายโดยไม่ต้องใช้สารเคมี — และขั้นตอนการผลิตเพิ่มเติม — เพื่อให้ MXene ยึดติดกับเนื้อผ้า” Tetiana Hryhorchuk นักวิจัยระดับปริญญาเอกในวิทยาลัยและผู้เขียนร่วมกล่าว ซุปเปอร์คาปาซิเตอร์ของเราแสดงความหนาแน่นของพลังงานสูงและเปิดใช้งานแอพพลิเคชั่นที่ใช้งานได้ เช่น การจ่ายไฟให้กับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ตั้งโปรแกรมได้ ซึ่งจำเป็นสำหรับการนำการจัดเก็บพลังงานจากสิ่งทอไปใช้กับแอพพลิเคชั่นในชีวิตจริง” นักวิจัยของ Drexel ได้สำรวจความเป็นไปได้ในการปรับใช้ MXene ซึ่งเป็นวัสดุนาโนที่นำไฟฟ้าได้ XNUMX มิติ เป็นสารเคลือบที่สามารถเคลือบวัสดุได้หลากหลายประเภทด้วยคุณสมบัติพิเศษในด้านการนำไฟฟ้า ความทนทาน รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าผ่านไม่ได้ และการเก็บพลังงาน เมื่อเร็วๆ นี้ ทีมงานได้มองหาวิธีการใช้เส้นด้าย MXene ที่นำไฟฟ้าได้เพื่อสร้างสิ่งทอที่สัมผัสและตอบสนองต่ออุณหภูมิ การเคลื่อนไหว และแรงกด แต่เพื่อรวมอุปกรณ์ผ้าเหล่านี้ให้เป็น "อุปกรณ์สวมใส่" ได้อย่างสมบูรณ์ นักวิจัยยังต้องหาวิธีที่จะรวมแหล่งพลังงานเข้ากับส่วนผสม “แพลตฟอร์มเก็บพลังงานที่ยืดหยุ่น ยืดได้ และระดับสิ่งทออย่างแท้จริงยังคงขาดหายไปจากระบบสิ่งทออิเล็กทรอนิกส์ส่วนใหญ่ เนื่องจากตัวชี้วัดประสิทธิภาพไม่เพียงพอของวัสดุและเทคโนโลยีที่มีอยู่ในปัจจุบัน” ทีมวิจัยเขียน “การศึกษาก่อนหน้านี้รายงานว่ามีความแข็งแรงเชิงกลเพียงพอที่จะทนต่อการถักแบบอุตสาหกรรม อย่างไรก็ตาม แอปพลิเคชันที่สาธิตมีเฉพาะอุปกรณ์ธรรมดาเท่านั้น” ทีมงานเริ่มออกแบบแพตช์ซุปเปอร์คาปาซิเตอร์สิ่งทอ MXene โดยมีเป้าหมายเพื่อเพิ่มความจุในการเก็บพลังงานสูงสุดในขณะที่ใช้วัสดุที่ใช้งานน้อยที่สุดและใช้พื้นที่น้อยที่สุด เพื่อลดต้นทุนการผลิตโดยรวมและรักษาความยืดหยุ่นและความสามารถในการสวมใส่ของ เสื้อผ้า. ในการสร้างซุปเปอร์คาปาซิเตอร์ ทีมงานเพียงจุ่มตัวอย่างผ้าฝ้ายทอผืนเล็กๆ ลงในสารละลาย MXene จากนั้นจึงวางชั้นบนเจลอิเล็กโทรไลต์ลิเธียมคลอไรด์ เซลล์ซุปเปอร์คาปาซิเตอร์แต่ละเซลล์ประกอบด้วยสิ่งทอเคลือบ MXene สองชั้นพร้อมตัวแยกอิเล็กโทรไลต์ที่ทำจากผ้าฝ้ายเช่นกัน

[เนื้อหาฝัง]

Alex Inman นักวิจัยระดับปริญญาเอกของวิทยาลัยวิศวกรรมศาสตร์กล่าวว่า "เรามาถึงการกำหนดค่าที่เหมาะสมที่สุดของสแต็กห้าเซลล์แบบจุ่มเคลือบที่มีพื้นที่ 25 ตารางเซนติเมตรเพื่อผลิตโหลดไฟฟ้าที่จำเป็นสำหรับจ่ายไฟให้กับอุปกรณ์ที่ตั้งโปรแกรมได้" ผู้เขียนร่วมของกระดาษ “เรายังปิดผนึกเซลล์ด้วยสุญญากาศเพื่อป้องกันการเสื่อมประสิทธิภาพ วิธีการบรรจุภัณฑ์นี้สามารถใช้กับผลิตภัณฑ์เชิงพาณิชย์ได้” ซุปเปอร์คาปาซิเตอร์สิ่งทอที่มีประสิทธิภาพดีที่สุดขับเคลื่อนไมโครคอนโทรลเลอร์ Arduino Pro Mini 3.3V ที่สามารถส่งอุณหภูมิแบบไร้สายทุกๆ 30 วินาทีเป็นเวลา 96 นาที และรักษาระดับประสิทธิภาพนี้ไว้ได้อย่างต่อเนื่องนานกว่า 20 วัน “รายงานเบื้องต้นของตัวเก็บประจุซุปเปอร์คาปาซิเตอร์สิ่งทอ MXene ที่จ่ายไฟให้กับระบบอิเล็กทรอนิกส์ต่อพ่วงที่ใช้งานได้จริง แสดงให้เห็นถึงศักยภาพของวัสดุสองมิติตระกูลนี้ในการรองรับอุปกรณ์ที่หลากหลาย เช่น เครื่องติดตามการเคลื่อนไหวและจอภาพชีวการแพทย์ในรูปแบบสิ่งทอที่ยืดหยุ่น” Gogotsi กล่าว ทีมวิจัยตั้งข้อสังเกตว่านี่คือหนึ่งในเอาต์พุตพลังงานรวมที่สูงที่สุดเป็นประวัติการณ์สำหรับอุปกรณ์พลังงานสิ่งทอ แต่ก็ยังสามารถปรับปรุงได้ ในขณะที่พวกเขาพัฒนาเทคโนโลยีต่อไป พวกเขาจะทดสอบอิเล็กโทรไลต์และการกำหนดค่าอิเล็กโทรดสิ่งทอต่างๆ เพื่อเพิ่มแรงดันไฟฟ้า เช่นเดียวกับการออกแบบอิเล็กโทรไลต์ในรูปแบบต่างๆ ที่สวมใส่ได้ “พลังงานสำหรับอุปกรณ์สิ่งทออิเล็กทรอนิกส์ที่มีอยู่ยังคงอาศัยปัจจัยรูปแบบดั้งเดิม เช่น แบตเตอรี่ลิเธียมโพลิเมอร์และแบตเตอรี่ลิเธียมเซลล์แบบเหรียญเป็นส่วนใหญ่” นักวิจัยกล่าว “ด้วยเหตุนี้ ระบบ e-textile ส่วนใหญ่จึงไม่ใช้สถาปัตยกรรม e-textile ที่ยืดหยุ่น ซึ่งรวมถึงการจัดเก็บพลังงานที่ยืดหยุ่น ซุปเปอร์คาปาซิเตอร์ MXene ที่พัฒนาขึ้นในการศึกษานี้ช่วยเติมเต็มช่องว่าง โดยนำเสนอโซลูชันการจัดเก็บพลังงานจากสิ่งทอที่สามารถจ่ายพลังงานให้กับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ยืดหยุ่นได้”

• เนื้อหาที่ขับเคลื่อนด้วย SEO และการเผยแพร่ประชาสัมพันธ์ รับการขยายวันนี้
• เพลโตบล็อคเชน Web3 Metaverse ข่าวกรอง ขยายความรู้. เข้าถึงได้ที่นี่.
• ที่มา: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62271.php