Forskere skræddersyr strømkilde til bærbar elektronik

Bærbare strømkilder til bærbar elektronik er begrænset af størrelsen af ​​beklædningsgenstande.

Med det i tankerne, forskere ved Case Western Reserve University har udviklet fleksible trådformede mikrosuperkondensatorer, der kan væves ind i en jakke, skjorte eller kjole.

Ved deres design eller ved at forbinde kondensatorerne i serie eller parallel, enhederne kan skræddersyes til at matche opladningsopbevaring og leveringsbehov for elektronik, der tages på.

Mens der er sket fremskridt i udviklingen af ​​disse elektronik – kropskameraer, smarte briller, sensorer, der overvåger helbred, aktivitetsmålere og mere – en udfordring tilbage er at levere mindre påtrængende og besværlige strømkilder.

"Tøjområdet er fast, så for at generere den nødvendige effekttæthed i et lille område, vi dyrkede radialt justerede titaniumoxid nanorør på en titantråd, der blev brugt som hovedelektrode, " sagde Liming Dai, Kent Hale Smith professor i makromolekylær videnskab og teknik. "Ved at øge elektrodens overfladeareal, du øger kapacitansen. "

Dai og Tao Chen, en postdoc-stipendiat i molekylær videnskab og teknik ved Case Western Reserve, offentliggjort deres forskning om mikrosuperkondensatoren i tidsskriftet Energilagringsmaterialer denne uge. Undersøgelsen bygger på tidligere kulstofbaserede superkondensatorer.

En kondensator er fætter til batteriet, men giver fordelen ved at oplade og frigive energi meget hurtigere.

Hvordan det virker

I denne nye superkondensator, den modificerede titantråd er belagt med en fast elektrolyt fremstillet af polyvinylalkohol og phosphorsyre. Tråden omvikles derefter med enten garn eller et ark lavet af justerede kulstofnanorør, som fungerer som den anden elektrode. titaniumoxid nanorør, som er halvledende, adskille de to aktive dele af elektroderne, forhindrer kortslutning.

Ved testning, Kapacitansen - evnen til at lagre ladning - steg fra 0,57 til 0,9 til 1,04 milliFarads pr.

Når det er pakket ind med et ark kulstof nanorør, hvilket øger det effektive område af elektrode, microsupercapactitor lagrede 1,84 milliFarad pr. mikrometer. Energitætheden var 0,16 x 10-3 milliwatt-timer pr. kubikcentimeter og effekttætheden 0,01 milliwatt pr. kubikcentimeter.

Uanset om det er pakket ind med garn eller et lagen, mikrosuperkondensatoren bibeholdt mindst 80 procent af sin kapacitans efter 1, 000 opladnings-afladningscyklusser. For at matche forskellige specifikke strømbehov for bærbare enheder, de ledningsformede kondensatorer kan forbindes i serie eller parallelt for at hæve spænding eller strøm, siger forskerne.

Når bøjet op til 180 grader hundredvis af gange, kondensatorerne viste intet tab af ydeevne. De indpakket i ark viste mere mekanisk styrke.

"De er meget fleksible, så de kan integreres i stof eller tekstilmaterialer, " sagde Dai. "De kan være en wearable, fleksibel strømkilde til bærbar elektronik og også til selvdrevne biosensorer eller andre biomedicinske enheder, især til applikationer inde i kroppen."

Dais laboratorium er i gang med at væve de trådlignende kondensatorer ind i stof og integrere dem med en bærbar enhed.