德雷克塞尔大学(Drexel University)的研究人员离实现可穿戴纺织技术又近了一步。最近，德雷克塞尔工程学院的最近中文字幕MV免费高清动画材料科学家与埃森哲实验室的一个团队合作，在《材料化学杂志A》上发表了一篇文章，报道了一种柔性可穿戴超级电容器贴片的新设计。它使用2011年德雷塞尔大学(Drexel University)发现的MXene材料，制造了一种基于纺织品的超级电容器，可以在几分钟内充电，为Arduino微控制器温度传感器和无线电数据通信提供近两小时的电力。
“这是可穿戴技术的重大发展，”德雷克塞尔工程学院杰出大学巴赫教授、博士尤里·戈戈西(Yury Gogotsi)说，他是这项研究的合著者。“为了将技术完全集成到织物中，我们还必须能够无缝地集成其电源——我们的发明为纺织品储能设备指明了前进的道路。”
该研究与Gogotsi的本科生和博士后学生、功能织物中心教授兼主任Genevieve Dion以及加州埃森哲实验室的研究人员共同撰写，该研究建立在先前的研究基础上，该研究研究了mxene功能化纺织品的耐用性、导电性和储能能力，并没有推动优化纺织品为LED灯等被动设备以外的电子设备供电。最新的研究表明，它不仅可以经受纺织品的严格考验，而且还可以储存和输送足够的能量来运行可编程电子设备，收集和传输环境数据数小时——这一进展可以将其应用于医疗保健技术。
“虽然有许多材料可以集成到纺织品中，但MXene比其他材料具有明显的优势，因为它具有天然的导电性，并且能够作为稳定的胶体溶液分散在水中。这意味着纺织品可以很容易地涂上MXene，而不需要使用化学添加剂-和额外的生产步骤-让MXene粘附在织物上，”德雷索工程学院的博士研究员和合著者Tetiana Hryhorchuk说。“因此，我们的超级电容器显示出高能量密度，并实现了功能性应用，例如为可编程电子设备供电，这是将基于纺织品的能量存储实现到现实应用中所需要的。”
德雷克塞尔大学的研究人员一直在探索将MXene(一种导电的二维纳米材料)作为一种涂层的可能性，这种涂层可以使各种材料具有优异的导电性、耐久性、抗电磁辐射和储能性能。
最近，该团队研究了使用导电MXene纱线的方法，以制造能够感知和响应温度、运动和压力的纺织品。但是，为了将这些织物设备完全集成为“可穿戴设备”，研究人员还需要找到一种方法，将电源编织到混合中。
研究团队写道:“由于目前可用材料和技术的性能指标不足，迄今为止，大多数电子纺织系统都没有灵活、可拉伸和真正的纺织级储能平台。”“之前的研究报告了足够的机械强度来承受工业编织。然而，演示的应用程序只包括简单的设备。”
该团队开始设计其MXene纺织超级电容器贴片，目标是最大限度地提高储能容量，同时使用最少的活性材料和占用最少的空间，以降低总体生产成本，并保持服装的灵活性和耐穿性。
为了制造超级电容器，该团队简单地将小块编织棉织品浸入MXene溶液中，然后在氯化锂电解质凝胶上分层。每个超级电容器单元由两层mxene涂层纺织品组成，电解液分离器也由棉纺织制成。为了使贴片有足够的电量来运行一些有用的设备——在这种情况下，arduino可编程微控制器——团队堆叠了5个电池，形成了一个能够充电到6伏的电池组，与通常用于高尔夫球车、电动灯笼或启动车辆的较大矩形电池的电量相同。
该论文的合著者、工程学院的博士研究员亚抖音成长人版 历克斯·英曼(Alex Inman)说:“我们得到了浸渍涂层的五单元堆栈的优化配置，其面积为25平方厘米，可以产生为可编程设备供电所需的电气负载。”“我们还对电池进行真空密封，以防止性能下降。这种包装方法可以适用于商业产品。”
性能最好的纺织超级电容器为Arduino Pro Mini 3.3V微控制器供电，能够每30秒无线传输一次温度，持续96分钟。这一性能水平持续了20多天。
Gogotsi说:“MXene纺织超级电容器为实际外围电子系统供电的初步报告表明，这种二维材料系列具有以柔性纺织品形式支持各种设备的潜力，如运动跟踪器和生物医学监视器。”
研究小组指出，这是纺织能源装置有记录以来最高的总功率输出之一，但它仍然可以改进。随着这项技术的不断发展，他们将测试不同的电解质和纺织品电极配置来提高电压，并将其设计成各种可穿戴形式。
研究人员写道:“现有电子纺织设备的电力在很大程度上仍然依赖于传统的形式，如锂聚合物和硬币电池锂电池。”“因此，大多数电子纺织系统不使用灵活的电子纺织架构，包括灵活的能量存储。这项研究中开发的MXene超级电容器填补了这一空白，提供了一种基于纺织品的储能解决方案，可以为柔性电子设备供电。”
更多信息:Alex Inman等人，MXene纺织超级电容器用于现实世界的可穿戴储能，材料化学杂志A(2023)。DOI: 10.1039 / 成品直播大全免费观看D2TA08995E
由德雷克塞尔大学提供
引用本文:用MXene纺织超级电容器“补丁”为可穿戴技术供电(2023,1月30日)检索于2023年1月30日从https://phys.org/news/2023-01-powering-wearable-technology-mxene-textile.html
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