Ure, LED'er drevet af garnbatteri

(Phys.org) – Forskere har fremstillet genopladelige batterier ved at bruge stærkt ledende garn, der har en diameter og fleksibilitet svarende til den for et stykke bomuldsgarn. Det nye garnbatteri kan væves ind i stof og bæres som et armbånd eller anden type tøj til at drive ure, LED'er, pulsmålere, og anden lille personlig elektronik.

Forskerne, ledet af Chunyi Zhi, Professor i Materials Science and Engineering ved City University of Hong Kong, har udgivet en artikel om det nye garnbatteri i et nyligt nummer af ACS Nano .

Hidtil har det været udfordrende at udvikle højtydende bærbare batterier på grund af mangel på materialer, der både er meget ledende, men alligevel stærke og fleksible nok til at blive vævet ind i stof. Ved at løse disse problemer, det nye garnbatteri udviser en af ​​de bedste præstationer til dato, inklusive en effekttæthed svarende til den for superkondensatorer, samt en energitæthed og kapacitet svarende til den for konventionelle batterier.

"Vi bruger stærkt ledende og vævbare garner til at fremstille et garnbatteri med den nyeste ydeevne med hensyn til kapacitet, energitæthed, effekttæthed, og rate kapacitet, " fortalte Zhi Phys.org . "Garnene er yderligere vævet til at lave et armbåndsbatteri til at drive forskellige personlig elektronik."

Kernen i garnbatteriet består af meget fleksible mikrometer-størrelse filamenter af rustfrit stål, hvorpå metaller er aflejret (zink som anode, nikkel-kobolthydroxid som katode). En gelelektrolyt belægges derefter rundt om hele garnstykket.

Som forskerne forklarer, hvert materiale bidrager til den gode ydeevne af det samlede batteri:Det rustfri stålgarn er stærkt nok til at blive vævet og strikket af både maskine og hånd, og dens ledningsevne giver også god langdistance elektrontransport. Synergistiske effekter mellem nikkel- og koboltmetalionerne øger kapacitets- og energitæthedsværdierne over dem, der ville være mulige ved brug af begge metaller alene.

Ved tallene, batteriet leverer effekttætheder på 2,2 W/cm ³ , og 33 mW/cm ² for hele batteriet. Den har energitætheder på 8 mWh/cm ³ , og 0,12 mWh/cm ² for hele batteriet. Alle disse værdier er blandt de højeste rapporterede til dato. Batteriets kapacitet, 16,6 mAh/cm ³ , er den hidtil højeste værdi rapporteret for en fiberbaseret energilagringsenhed, efter forskernes bedste viden.

Efter bøjning og drejning i 1, 000 cyklusser, batteriet bevarer 80 % og 70 % af sin oprindelige kapacitet, henholdsvis. Forskerne forklarer, at kapacitetstabet skyldes dannelsen af ​​revner på elektroderne, når de deformeres.

For at demonstrere batteriet, forskerne vævede det ledende garn til en stor ledende klud, som kunne bruges som et armbåndsbatteri til at drive elektroniske enheder såsom ure og LED'er. De forventer, at garnbatteriet vil have applikationer til bærbar elektronik, smart tøj, og i fremtidens sundhedsvæsen.

"Derefter planlægger vi at lave tekstilbatterier, der er vaskbare, vandtæt, og holdbar, for at komme tættere på kommercialisering, " sagde Zhi.

© 2017 Phys.org