Perfekcyjnie skrojone kondensatory do noszenia

Poręczne źródła zasilania do noszenia są ograniczone wielkością odzieży. Mając to na uwadze, naukowcy z Case Western Reserve University opracowali elastyczne mikrosuperkondensatory w kształcie drutu, które można wpleść w kurtkę, koszulę lub sukienkę. Poprzez ich konstrukcję lub poprzez połączenie kondensatorów szeregowo lub równolegle, urządzenia można dopasować do potrzeb związanych z ładowaniem i potrzebami elektroniki.

Podczas gdy nastąpił postęp w rozwoju tych urządzeń elektronicznych – inteligentne okulary, czujniki monitorujące zdrowie, śledzące aktywność i inne – jedynym wyzwaniem pozostaje dostarczanie mniej natarczywych i uciążliwych źródeł zasilania.

„Obszar odzieży jest stały, więc aby wytworzyć gęstość mocy potrzebną na niewielkim obszarze, wszyliśmy promieniowo wyrównane nanorurki z tlenku tytanu na tytanowym drucie używanym jako elektroda główna” – powiedział Liming Dai, profesor na Kent Hale Smith of Macromolecular Science and Engineering. „Zwiększając powierzchnię elektrody, zwiększamy pojemność.”

Kondensator jest swego rodzaju kuzynem baterii, ale ma tę zaletę, że ładuje się i uwalnia energię znacznie szybciej. W tym nowym superkondensatorze zmodyfikowany drut tytanowy jest pokryty stałym elektrolitem wykonanym z alkoholu poliwinylowego i kwasu fosforowego. Drut jest następnie owijany albo przędzą, albo arkuszem z wyrównanych nanorurek węglowych, który służy jako druga elektroda. Nanorurki tlenku tytanu, które są półprzewodnikowe, oddzielają dwie aktywne części elektrod, zapobiegając zwarciu.

Niezależnie od tego, czy jest owinięty przędzą, czy arkuszem, mikrokomputer zatrzymuje co najmniej 80 procent pojemności po 1000 cykli ładowania i rozładowania. Aby dopasować różne specyficzne zapotrzebowanie na energię urządzeń noszących się na ciele, kondensatory w kształcie drutu można łączyć szeregowo lub równolegle w celu zwiększenia napięcia lub prądu – twierdzą naukowcy. Kiedy setki razy wygięto go ​​do 180 stopni, kondensatory nie wykazywały żadnej utraty wydajności. Zawinięte w arkusze wykazywały większą wytrzymałość mechaniczną.

„Są bardzo elastyczne, więc można je zintegrować z tkaninami lub materiałami włókienniczymi” – powiedział Dai. „Mogą być poręcznym, elastycznym źródłem zasilania do noszenia elektroniki, a także do samozasilających się biosensorów lub innych urządzeń biomedycznych, szczególnie do zastosowań wewnątrz ciała.”

Laboratorium Dai jest w trakcie tkania kondensatorów przypominających drut w tkaninie i integrowania ich z urządzeniem do noszenia.