Cung cấp năng lượng cho công nghệ thiết bị đeo với 'miếng vá' siêu tụ điện dệt MXene

Ngày 30 tháng 2023 năm XNUMX (Tin tức Nanowerk) Các nhà nghiên cứu tại Đại học Drexel đang tiến một bước gần hơn để biến công nghệ dệt có thể đeo được thành hiện thực. Được xuất bản gần đây trong Hiệp hội Hóa học Hoàng gia Tạp chí Hóa học Vật liệu A (“Lưu trữ năng lượng có thể đeo được với siêu tụ điện dệt MXene để sử dụng trong thế giới thực”), các nhà khoa học vật liệu từ Đại học Kỹ thuật Drexel, hợp tác với một nhóm tại Phòng thí nghiệm Accenture, đã báo cáo một thiết kế mới của miếng dán siêu tụ điện linh hoạt có thể đeo được. Nó sử dụng MXen, một vật liệu được phát hiện tại Đại học Drexel vào năm 2011, để tạo ra một siêu tụ điện dựa trên vải dệt có thể sạc trong vài phút và cung cấp năng lượng cho cảm biến nhiệt độ của bộ vi điều khiển Arduino và truyền dữ liệu vô tuyến trong gần hai giờ. Yury Gogotsi, Tiến sĩ, Đại học Xuất sắc và giáo sư Bach tại Đại học Kỹ thuật Drexel, đồng tác giả của nghiên cứu cho biết: “Đây là một bước phát triển quan trọng đối với công nghệ thiết bị đeo. “Để tích hợp hoàn toàn công nghệ vào vải, chúng ta cũng phải có khả năng tích hợp liền mạch nguồn năng lượng của nó — phát minh của chúng tôi cho thấy con đường phía trước cho các thiết bị lưu trữ năng lượng trong vải.” Các nhà nghiên cứu của Đại học Drexel đã tạo ra một miếng dán siêu tụ điện dệt dẻo, có thể cung cấp năng lượng cho một bộ vi điều khiển và truyền dữ liệu nhiệt độ không dây trong gần hai giờ mà không cần sạc lại. (Hình ảnh: Đại học Drexel) Đồng tác giả cùng với các sinh viên đại học và sau tiến sĩ của Gogotsi; Genevieve Dion, giáo sư và giám đốc của Trung tâm vải chức năng và các nhà nghiên cứu từ Phòng thí nghiệm Accenture ở California, nghiên cứu này dựa trên nghiên cứu trước đây xem xét độ bền, độ dẫn điện và khả năng lưu trữ năng lượng của hàng dệt có chức năng MXene mà không thúc đẩy tối ưu hóa hàng dệt để cung cấp năng lượng cho các thiết bị điện tử ngoài các thiết bị thụ động như đèn LED. Công trình mới nhất cho thấy rằng nó không chỉ có thể chịu được sự khắc nghiệt của một loại vải dệt mà còn có thể lưu trữ và cung cấp đủ năng lượng để chạy các thiết bị điện tử có thể lập trình thu thập và truyền dữ liệu môi trường trong nhiều giờ – tiến bộ có thể đưa nó vào sử dụng trong công nghệ chăm sóc sức khỏe. “Mặc dù có nhiều vật liệu có thể được tích hợp vào hàng dệt, nhưng MXene có lợi thế khác biệt so với các vật liệu khác vì tính dẫn điện tự nhiên và khả năng phân tán trong nước dưới dạng dung dịch keo ổn định. Điều này có nghĩa là hàng dệt may có thể dễ dàng được phủ bằng MXene mà không cần sử dụng phụ gia hóa học — và các bước sản xuất bổ sung — để MXene bám vào vải,” Tetiana Hryhorchuk, nhà nghiên cứu tiến sĩ tại Trường, đồng tác giả cho biết. “Kết quả là, siêu tụ điện của chúng tôi có mật độ năng lượng cao và hỗ trợ các ứng dụng chức năng như cung cấp năng lượng cho các thiết bị điện tử có thể lập trình, cần thiết để triển khai lưu trữ năng lượng dựa trên dệt may vào các ứng dụng thực tế.” Các nhà nghiên cứu của Drexel đã khám phá khả năng điều chỉnh MXene, một vật liệu nano hai chiều dẫn điện, thành một lớp phủ có thể thấm nhiều loại vật liệu với các đặc tính đặc biệt về tính dẫn điện, độ bền, tính không thấm bức xạ điện từ và lưu trữ năng lượng. Gần đây, nhóm nghiên cứu đã xem xét các cách sử dụng sợi MXene dẫn điện để tạo ra hàng dệt có cảm biến và phản ứng với nhiệt độ, chuyển động và áp suất. Nhưng để tích hợp đầy đủ các thiết bị bằng vải này dưới dạng “thiết bị đeo được”, các nhà nghiên cứu cũng cần tìm cách kết hợp nguồn điện vào hỗn hợp. Nhóm nghiên cứu viết: “Các nền tảng lưu trữ năng lượng linh hoạt, có thể co giãn và thực sự cấp dệt may vẫn còn thiếu trong hầu hết các hệ thống dệt may điện tử do không đủ số liệu hiệu suất của các vật liệu và công nghệ hiện có”. “Các nghiên cứu trước đây cho biết độ bền cơ học đủ để chịu được hàng dệt kim công nghiệp. Tuy nhiên, ứng dụng được trình diễn chỉ bao gồm các thiết bị đơn giản.” Nhóm bắt đầu thiết kế miếng dán siêu tụ điện dệt MXene với mục tiêu tối đa hóa khả năng lưu trữ năng lượng trong khi sử dụng lượng vật liệu hoạt tính tối thiểu và chiếm ít không gian nhất — để giảm tổng chi phí sản xuất và duy trì tính linh hoạt cũng như khả năng đeo của quần áo. Để tạo ra siêu tụ điện, nhóm nghiên cứu chỉ cần nhúng các mẫu vải bông dệt nhỏ vào dung dịch MXene, sau đó xếp lớp trên gel điện phân lithium clorua. Mỗi tế bào siêu tụ điện bao gồm hai lớp vải dệt phủ MXene với bộ phân tách chất điện phân cũng làm bằng vải bông.

[Nhúng nội dung]

Alex Inman, một nhà nghiên cứu tiến sĩ tại Đại học Kỹ thuật, cho biết: “Chúng tôi đã đạt được cấu hình tối ưu hóa của một ngăn xếp năm ô được phủ nhúng với diện tích 25 cm vuông để tạo ra tải điện cần thiết để cấp nguồn cho các thiết bị có thể lập trình. đồng tác giả của bài báo. “Chúng tôi cũng hút chân không các tế bào để ngăn chặn sự suy giảm hiệu suất. Phương pháp đóng gói này có thể được áp dụng cho các sản phẩm thương mại.” Siêu tụ điện dệt hiệu suất tốt nhất cung cấp năng lượng cho bộ vi điều khiển Arduino Pro Mini 3.3V có khả năng truyền nhiệt độ không dây cứ sau 30 giây trong 96 phút. Và nó đã duy trì mức hiệu suất này một cách nhất quán trong hơn 20 ngày. Gogotsi cho biết: “Báo cáo ban đầu về siêu tụ điện dệt MXene cung cấp năng lượng cho hệ thống điện tử ngoại vi thực tế cho thấy tiềm năng của dòng vật liệu hai chiều này để hỗ trợ nhiều loại thiết bị như máy theo dõi chuyển động và màn hình y sinh ở dạng dệt linh hoạt”. Nhóm nghiên cứu lưu ý rằng đây là một trong những tổng công suất đầu ra cao nhất từng được ghi nhận đối với một thiết bị năng lượng dệt, nhưng nó vẫn có thể cải thiện. Khi họ tiếp tục phát triển công nghệ, họ sẽ thử nghiệm các cấu hình điện cực và chất điện phân khác nhau để tăng điện áp, cũng như thiết kế nó ở nhiều dạng có thể đeo được. Các nhà nghiên cứu viết: “Sức mạnh cho các thiết bị dệt điện tử hiện tại vẫn chủ yếu dựa vào các yếu tố hình thức truyền thống như Lithium-polymer và pin Lithium dạng đồng xu. “Như vậy, hầu hết các hệ thống dệt may điện tử không sử dụng kiến ​​trúc dệt may điện tử linh hoạt bao gồm lưu trữ năng lượng linh hoạt. Siêu tụ điện MXene được phát triển trong nghiên cứu này sẽ lấp đầy khoảng trống, cung cấp giải pháp lưu trữ năng lượng dựa trên vải dệt có thể cung cấp năng lượng cho các thiết bị điện tử linh hoạt.”

• Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Khuếch đại kiến ​​thức. Truy cập Tại đây.
• nguồn: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62271.php