Потужність носимих технологій за допомогою «нашивки» текстильного суперконденсатора MXene

30 січня 2023 (Новини Nanowerk) Дослідники з Університету Дрекселя на один крок наблизилися до того, щоб перетворити технологію носіння текстилю в реальність. Нещодавно опубліковано в Королівському товаристві хімії Journal of Material's Chemistry A («Накопичувач енергії з текстильними суперконденсаторами MXene для реального використання»), матеріалознавці з Інженерного коледжу Дрекселя в партнерстві з командою Accenture Labs повідомили про нову конструкцію гнучкого накладного суперконденсатора. Це використовує MXene, матеріал, виявлений в Університеті Дрекселя в 2011 році, для створення суперконденсатора на текстильній основі, який може заряджатися за лічені хвилини та живити датчик температури мікроконтролера Arduino та радіопередачу даних протягом майже двох годин. «Це важлива розробка для носимих технологій», — сказав Юрій Гогоці, доктор філософії, видатний університет і професор інженерного коледжу Дрекселя імені Баха, який є співавтором дослідження. «Щоб повністю інтегрувати технологію в тканину, ми також повинні мати можливість бездоганно інтегрувати її джерело живлення — наш винахід показує шлях вперед для текстильних накопичувачів енергії». Гнучка текстильна накладка суперконденсатора, створена дослідниками Університету Дрекселя, може живити мікроконтролер і бездротово передавати дані про температуру протягом майже двох годин без підзарядки. (Зображення: Університет Дрекселя) У співавторстві зі студентами та постдокторантами Гогоці; Женев'єв Діон, професор і директор Центру функціональних тканин і дослідники з Accenture Labs у Каліфорнії, дослідження базується на попередніх дослідженнях, які вивчали довговічність, електропровідність і здатність накопичувати енергію текстилю з функціоналом MXene, який не наполягав на оптимізації текстилю. для живлення електроніки, крім пасивних пристроїв, таких як світлодіодні ліхтарі. Остання робота показує, що він не тільки може витримувати суворі умови, пов’язані з текстилем, але також може накопичувати та видавати достатньо енергії для роботи програмованої електроніки, яка годинами збирає та передає дані про навколишнє середовище – прогрес, який може позиціонувати його для використання в технологіях охорони здоров’я. «Хоча існує багато матеріалів, які можна інтегрувати в текстиль, MXene має явну перевагу перед іншими матеріалами через свою природну провідність і здатність диспергувати у воді як стабільний колоїдний розчин. Це означає, що текстиль можна легко покрити MXene без використання хімічних добавок — і додаткових етапів виробництва — щоб змусити MXene прилипати до тканини», — сказала Тетяна Григорчук, докторант Коледжу та співавтор. «В результаті наш суперконденсатор продемонстрував високу щільність енергії та дозволив функціональні додатки, такі як живлення програмованої електроніки, яка необхідна для впровадження накопичувачів енергії на основі текстилю в реальні програми». Дослідники Drexel досліджують можливість адаптації MXene, провідного двовимірного наноматеріалу, як покриття, яке може надати широкому спектру матеріалів виняткові властивості провідності, довговічності, непроникності для електромагнітного випромінювання та зберігання енергії. Нещодавно команда розглянула способи використання провідної пряжі MXene для створення текстилю, який відчуває температуру, рух і тиск і реагує на них. Але для повної інтеграції цих тканинних пристроїв як «носних пристроїв» дослідникам також потрібно було знайти спосіб вплести в суміш джерело живлення. «Гнучкі, еластичні та справді текстильні платформи зберігання енергії поки що відсутні в більшості електронних текстильних систем через недостатні показники продуктивності наявних матеріалів і технологій», — написала дослідницька група. «Попередні дослідження повідомляли про достатню механічну міцність, щоб витримати промислове в’язання. Проте продемонстрований додаток включав лише прості пристрої». Команда взялася за розробку свого текстильного суперконденсаторного патча MXene з метою максимізації ємності накопичувача енергії при використанні мінімальної кількості активного матеріалу та найменшої кількості місця — щоб зменшити загальну вартість виробництва та зберегти гнучкість і придатність до носіння. одяг. Щоб створити суперконденсатор, команда просто занурила невеликі зразки бавовняної тканини в розчин MXene, а потім нанесла на гель електроліту хлориду літію. Кожна комірка суперконденсатора складається з двох шарів тканини з покриттям MXene з сепаратором електроліту, також виготовленим з бавовняної тканини.

[Вбудоване вміст]

«Ми прийшли до оптимізованої конфігурації п’ятиелементного стека з покриттям для занурення площею 25 квадратних сантиметрів для створення електричного навантаження, необхідного для живлення програмованих пристроїв», — сказав Алекс Інман, докторант Інженерного коледжу та співавтор статті. «Ми також запечатали камери під вакуумом, щоб запобігти погіршенню продуктивності. Цей підхід до упаковки можна застосувати до комерційних продуктів». Найефективніший текстильний суперконденсатор живив мікроконтролер Arduino Pro Mini 3.3 В, який міг бездротовим способом передавати температуру кожні 30 секунд протягом 96 хвилин. І він стабільно підтримував цей рівень продуктивності більше 20 днів. «Початковий звіт про текстильний суперконденсатор MXene, який живить практичну периферійну електроніку, демонструє потенціал цього сімейства двовимірних матеріалів для підтримки широкого спектру пристроїв, таких як трекери руху та біомедичні монітори в гнучкій текстильній формі», — сказав Гогоці. Дослідницька група зазначає, що це одна з найвищих сумарних вихідних потужностей для текстильного енергетичного пристрою, але її ще можна покращити. Продовжуючи розвивати технологію, вони випробовуватимуть різні електроліти та конфігурації текстильних електродів для підвищення напруги, а також розроблятимуть їх у різноманітних формах, які можна носити. «Потужність існуючих електронних текстильних пристроїв все ще значною мірою залежить від традиційних форм-факторів, таких як літій-полімерні та монетні літієві батареї», — пишуть дослідники. «Таким чином, більшість систем електронного текстилю не використовують гнучку архітектуру електронного текстилю, яка включає гнучке накопичення енергії. Суперконденсатор MXene, розроблений у цьому дослідженні, заповнює порожнечу, забезпечуючи рішення для зберігання енергії на основі текстилю, яке може живити гнучку електроніку».

• Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
• Платоблокчейн. Web3 Metaverse Intelligence. Розширені знання. Доступ тут.
• джерело: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62271.php