Ledende eTextiles:Forskere går fra at lave batterier fra papir til at lave batterier af klud

(PhysOrg.com) - Stanford-forskere har bevæget sig fra at lave batterier fra papir til at lave batterier af stof. Din-T-shirt kunne blive en oplyst, bevægeligt display.

Et hold Stanford-forskere producerer batterier og simple kondensatorer af almindelige tekstiler dyppet i nanopartikel-infunderet blæk. De ledende tekstiler - kaldet "eTextiles" - repræsenterer en ny klasse af integreret energilagringsenhed, født fra syntesen af ​​forhistorisk teknologi med banebrydende materialevidenskab.

"Vi har udviklet alle slags materialer, forsøger at revolutionere batteriets ydeevne, " sagde Yi Cui, assisterende professor i materialevidenskab og teknik ved Stanford. "For nylig, vi begyndte at tænke på, hvordan man laver batterier på en helt anden måde end før."

Mens konventionelle batterier fremstilles ved at belægge metallisk folie i en partikelopslæmning og rulle den til kompakt form - en kapitalintensiv proces - blev de nye energitekstiler fremstillet ved hjælp af en simpel "dypning og tørring"-procedure, hvorved en stribe stof belægges med en speciel blækformel og dehydreres i ovnen.

Proceduren fungerer til fremstilling af batterier eller superkondensatorer, afhængig af indholdet af blækket - oxidpartikler såsom LiCoO ₂ til batterier; ledende kulstofmolekyler (enkeltvæggede kulstofnanorør, eller SWNT'er) for superkondensatorer. Indtil nu, holdet har kun brugt sort blæk, men Cui sagde, at det er muligt at producere en række farver ved at tilføje forskellige farvestoffer til kulstofnanorørene.

Effektiv energilagring

Hvad mere er, den lette, naturlige og syntetiske fibres fleksible og porøse karakter har vist sig at være en ideel platform til at absorbere ledende blækpartikler, ifølge postdoc Liangbing Hu, der ledede energitekstilforskningen. Det hjælper med at forklare, hvorfor behandlede tekstiler gør så effektive energilagringsenheder, han sagde.

Cuis team havde tidligere udviklet papirbatterier og superkondensatorer ved hjælp af en lignende proces, men de nye energitekstiler udviste nogle klare fordele i forhold til deres papirforgængere. Med en rapporteret energitæthed på 20 watt-timer pr. kilogram, et stykke eTextile, der vejer 0,3 kg (ca. en ounce, den omtrentlige vægt af en T-shirt) kunne indeholde op til tre gange mere energi end et mobiltelefonbatteri.

Ud over øget energilagringskapacitet, eTextiles er bemærkelsesværdigt holdbare og kan modstå større mekanisk belastning.

"Det hele kan også være strækbart, og strækker sig til mere end det dobbelte af længden, Hu forklarede. "Du kan vaske det, put det i alle slags opløsningsmidler - det er meget stabilt."

De potentielle anvendelser af bærbar kraft er mangfoldige, lige fra sundhedsovervågning til beklædning til bevægelige displays. (Det sidste, Cui tænkte, ville gøre en del plask, hvis den blev båret af Stanford-sportshold.)

Cui sagde, at de nye eTextiles genererer buzz ved industrikonventioner, hvor store mærker har udtrykt interesse for at udvikle reaktive, højtydende sportstøj ved hjælp af den nye teknologi. Det amerikanske militær undersøger også muligheden for at integrere energitekstiler i sit kamparrangement, et træk, der en dag kan lette en soldats bærende byrde.

Interesse for at udvikle nye markeder

"Der er en virkelig stærk interesse for at udvikle nye markeder inden for forbrugerelektronik, Cui opsummerede. "Vi er der ikke endnu, men dette er en ny industri."

I mellemtiden, holdet vil fortsætte sin nuværende forskningsbane med to temaer i tankerne:hvordan man bedst introducerer eTextiles på rigtige markeder, og den grundlæggende videnskab bag, hvad der får deres produkt til at fungere så effektivt.

"Dette er det rigtige tidspunkt til virkelig at se, hvad vi lærer af nanovidenskab og gøre praktiske anvendelser, der [er] ekstremt lovende, " Cui said. "The beauty of this is it combines the lowest cost technology that you can find to the highest tech nanotechnology to produce something great. I think this is a very exciting idea… a huge impact for society."