Les chercheurs de l’Université Drexel sont sur le level de faire de la technologie textile moveable une réalité. Récemment publié dans le Journal of Material’s Chemistry A de la Royal Modern society of Chemistry, des scientifiques des matériaux du Drexel’s Higher education of Engineering, en partenariat avec une équipe d’Accenture Labs, ont signalé une nouvelle conception d’un patch de supercondensateur moveable flexible. Il utilise MXene, un matériau découvert à l’Université Drexel en 2011, pour créer un supercondensateur à foundation de textile qui peut se charger en quelques minutes et alimenter un capteur de température à microcontrôleur Arduino et la conversation radio des données pendant près de deux heures.
“Il s’agit d’un développement significatif pour la technologie transportable”, a déclaré Yury Gogotsi, PhD, Distinguished College et professeur Bach au Drexel’s Higher education of Engineering, co-auteur de l’étude. “Pour intégrer pleinement la technologie dans le tissu, nous devons également être en mesure d’intégrer de manière transparente sa source d’alimentation – notre creation montre la voie à suivre pour les dispositifs de stockage d’énergie textile.”
Co-écrit avec les étudiants de leading cycle et postdoctoraux de Gogotsi Geneviève Dion, professeure et directrice du Heart for Purposeful Materials et des chercheurs d’Accenture Labs en Californie, l’étude s’appuie sur des recherches antérieures portant sur la durabilité, la conductivité électrique et la capacité de stockage d’énergie des textiles fonctionnalisés par MXene qui n’ont pas poussé à optimiser le textile pour alimenter l’électronique au-delà des appareils passifs tels que les lumières LED. Les derniers travaux montrent que non seulement il peut résister aux rigueurs d’un textile, mais qu’il peut également stocker et fournir suffisamment d’énergie pour faire fonctionner l’électronique programmable collectant et transmettant des données environnementales pendant des heures – des progrès qui pourraient le positionner pour une utilisation dans la technologie des soins de santé.
“Bien qu’il existe de nombreux matériaux pouvant être intégrés dans les textiles, le MXene présente un avantage unique par rapport aux autres matériaux en raison de sa conductivité naturelle et de sa capacité à se disperser dans l’eau sous forme de solution colloïdale secure. Cela signifie que les textiles peuvent facilement être enduits de MXene sans en utilisant des additifs chimiques – et des étapes de output supplémentaires – pour que le MXene adhère au tissu », a déclaré Tetiana Hryhorchuk, doctorante au Collège et co-auteur. “En conséquence, notre supercondensateur a montré une densité d’énergie élevée et a permis des applications fonctionnelles telles que l’alimentation de l’électronique programmable, qui est nécessaire pour mettre en œuvre le stockage d’énergie à foundation de textile dans les apps réelles.”
Les chercheurs de Drexel ont exploré la possibilité d’adapter le MXene, un nanomatériau bidimensionnel conducteur, en tant que revêtement pouvant conférer à une huge gamme de matériaux des propriétés exceptionnelles de conductivité, de durabilité, d’imperméabilité au rayonnement électromagnétique et de stockage d’énergie.
Récemment, l’équipe a cherché des moyens d’utiliser le fil conducteur MXene pour créer des textiles qui détectent et réagissent à la température, au mouvement et à la pression. Mais pour intégrer pleinement ces appareils en tissu en tant que “wearables”, les chercheurs devaient également trouver un moyen d’intégrer une supply d’alimentation dans le mélange.
“Les plates-formes de stockage d’énergie flexibles, extensibles et véritablement de qualité textile sont jusqu’à présent absentes de la plupart des systèmes e-textiles en raison des mesures de overall performance insuffisantes des matériaux et systems actuellement disponibles”, a écrit l’équipe de recherche. “Des études antérieures ont fait état d’une résistance mécanique suffisante pour résister au tricotage industriel. Cependant, l’application démontrée ne comprenait que des dispositifs simples.”
L’équipe a entrepris de concevoir son patch de supercondensateur textile MXene dans le but de maximiser la capacité de stockage d’énergie tout en utilisant une quantité minimale de matériau actif et en occupant le moins d’espace attainable, afin de réduire le coût international de creation et de préserver la flexibilité et la portabilité de Le vêtement.
Pour créer le supercondensateur, l’équipe a simplement plongé de petits échantillons de textile en coton tissé dans une alternative MXene, puis les a superposés sur un gel d’électrolyte au chlorure de lithium. Chaque cellule de supercondensateur est constituée de deux couches de textile enduit de MXene avec un séparateur d’électrolyte également en textile de coton. Pour créer un patch avec suffisamment de puissance pour faire fonctionner certains appareils utiles – des microcontrôleurs programmables Arduino, dans ce cas – l’équipe a empilé cinq cellules pour créer un bloc d’alimentation capable de charger à 6 volts, la même quantité que les batteries rectangulaires plus grandes souvent utilisées. pour alimenter des voiturettes de golfing, des lanternes électriques ou pour faire démarrer des véhicules.
“Nous sommes arrivés à la configuration optimisée d’une pile à cinq cellules à revêtement par immersion d’une superficie de 25 centimètres carrés pour produire la charge électrique nécessaire à l’alimentation des appareils programmables”, a déclaré Alex Inman, doctorant au Higher education of Engineering, et co-auteur de l’article. “Nous avons également scellé les cellules sous vide pour éviter la dégradation des performances. Cette approche d’emballage pourrait être applicable aux produits commerciaux.”
Le supercondensateur textile le as well as performant alimentait un microcontrôleur Arduino Pro Mini 3,3 V capable de transmettre sans fil la température toutes les 30 secondes pendant 96 minutes. Et il a maintenu ce niveau de functionality de manière constante pendant plus de 20 jours.
“Le rapport first d’un supercondensateur textile MXene alimentant un système électronique périphérique pratique démontre le potentiel de cette famille de matériaux bidimensionnels pour prendre en cost une substantial gamme d’appareils tels que des trackers de mouvement et des moniteurs biomédicaux sous une forme textile versatile”, a déclaré Gogotsi.
L’équipe de recherche notice qu’il s’agit de l’une des puissances de sortie totales les as well as élevées jamais enregistrées pour un dispositif d’énergie textile, mais qu’elle peut encore s’améliorer. Au fur et à mesure qu’ils développent la technologie, ils testeront différentes configurations d’électrolytes et d’électrodes textiles pour augmenter la rigidity, ainsi que la concevoir sous une variété de formes portables.
“L’alimentation des appareils e-textiles existants repose encore largement sur des facteurs de forme traditionnels tels que les batteries au lithium-polymère et les piles bouton au lithium”, ont écrit les chercheurs. « En tant que tels, la plupart des systèmes e-textiles n’utilisent pas une architecture e-textile flexible qui inclut un stockage d’énergie adaptable. Le supercondensateur MXene développé dans cette étude comble le vide, fournissant une option de stockage d’énergie basée sur le textile qui peut alimenter une électronique adaptable.
Vidéo : https://youtu.be/YbH83h3NdkM