01:56 2023-01-31
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ Alimentarea tehnologiei purtabile cu „patch” de supercondensator textil MXene
_ Alimentarea tehnologiei purtabile cu „Petice” supercondensator textil MXene
Cercetătorii de la Universitatea Drexel sunt cu un pas mai aproape de a transforma tehnologia textilă purtabilă în realitate. Publicați recent în Journal of Materials Chemistry A, 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, pur și simplu. Utilizează MXene, un material descoperit la Universitatea Drexel în 2011, pentru a crea un supercondensator pe bază de material textil care se poate încărca în câteva minute și poate alimenta un senzor de temperatură cu microcontroler Arduino și comunicarea radio de date timp de aproape două ore.
" Aceasta este o dezvoltare semnificativă pentru tehnologia purtată”, a spus Yury Gogotsi, Ph.D., Distinguished University și profesor Bach la Colegiul de Inginerie din 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 a acesteia – invenția noastră arată calea de urmat pentru dispozitivele textile de stocare a energiei.”
În colaborare cu studenții de licență și postdoctorat ai 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, conductivitatea electrică și capacitatea de stocare a energiei textilelor funcționale cu MXene, care nu au făcut eforturi pentru optimizare. material textil pentru alimentarea electronicelor dincolo de dispozitivele pasive, cum ar fi luminile LED. Cea mai recentă lucrare 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 timp de ore - progres care l-ar putea poziționa pentru utilizarea în tehnologia 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 textile. poate fi acoperit cu ușurință cu MXene fără a utiliza aditivi chimici – și pași suplimentari de producție – pentru ca MXene să adere la țesătură”, a spus Tetiana Hryhorchuk, cercetător doctor în Colegiul de Inginerie din Drexel și co-autor. „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 avut am explorat posibilitatea de a adapta MXene, un nanomaterial bidimensional conductiv, ca 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 material textil ca „materiale purtatoare”, 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 avut până acum a rămas lipsă din majoritatea sistemelor de e-textile din cauza metricilor de performanță insuficiente ale materialelor și tehnologiilor actuale disponibile”, 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 proiecteze plasturele supercondensator textil MXene cu scopul de a maximiza capacitatea de stocare a energiei în timp ce 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 îmbrăcămintei.
Pentru a crea supercondensatorul, echipa a înmuiat pur și simplu mostre mici de material textil de bumbac țesut într-o soluție MXene și apoi a fost stratificat 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. Pentru a realiza un patch cu suficientă putere pentru a rula unele dispozitive utile - microcontrolere programabile Arduino, în acest caz - echipa a stivuit cinci celule pentru a crea un pachet de alimentare capabil să se încarce la 6 volți, aceeași cantitate ca și bateriile dreptunghiulare mai mari folosite adesea pentru alimentare. cărucioare de golf, lanterne electrice sau pentru vehicule cu pornire cu sarcină.
„Am ajuns la configurația optimizată a unei stive de cinci celule acoperite cu scufundare, cu o suprafață de 25 de centimetri pătrați pentru a produce încărcarea electrică necesară. pentru a alimenta dispozitivele 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 alimenta un microcontroler Arduino Pro Mini de 3,3 V care a fost capabil să transmite wireless temperatura la fiecare 30 de secunde timp de 96 de minute. 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 gamă de dispozitive, cum ar fi dispozitive de urmărire a mișcării și monitoare biomedicale într-o formă textilă flexibilă”, a spus Gogotsi.
Echipa de cercetare observă că aceasta este una dintre cele mai mari puteri totale înregistrate pentru un dispozitiv de energie 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 încă este în mare măsură. se bazează pe factori de formă tradiționali, cum ar fi bateriile cu litiu-polimer și bateriile tip monedă”, 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”.
Comentarii:
Adauga Comentariu