30年2023月XNUMX日（Nanowerkニュース) ドレクセル大学の研究者は、ウェアラブル テキスタイル技術の実現に一歩近づいています。 英国王立化学会で最近発表された Journal of Material's Chemistry A (「実世界で使用する MXene テキスタイル スーパーキャパシタを使用したウェアラブル エネルギー ストレージ」)、ドレクセル工科大学の材料科学者は、アクセンチュア ラボのチームと協力して、柔軟なウェアラブル スーパーキャパシタ パッチの新しい設計を報告しました。 それは使用しています MXeneは、2011 年にドレクセル大学で発見された素材で、数分で充電でき、Arduino マイクロコントローラーの温度センサーに電力を供給し、データの無線通信をほぼ XNUMX 時間行うことができるテキスタイル ベースのスーパーキャパシターを作成します。 「これは、ウェアラブル技術の重要な発展です」と、著名大学であり、この研究の共著者であるドレクセル工科大学のバッハ教授である Yury Gogotsi 博士は述べています。 「テクノロジーをファブリックに完全に統合するには、その電源もシームレスに統合できなければなりません。私たちの発明は、テキスタイル エネルギー貯蔵デバイスの前進への道筋を示しています。」 ドレクセル大学の研究者によって作成された柔軟なテキスタイル スーパーキャパシタ パッチは、マイクロコントローラに電力を供給し、再充電なしで約 XNUMX 時間温度データをワイヤレスで送信できます。 (画像: ドレクセル大学) Gogotsi の学部生およびポスドク学生と共著。 機能性ファブリック センターの教授兼所長であり、カリフォルニア州アクセンチュア ラボの研究者である Genevieve Dion 氏によると、この研究は、テキスタイルの最適化を推し進めなかった MXene 機能化テキスタイルの耐久性、電気伝導性、およびエネルギー貯蔵容量を調べた以前の研究に基づいています。 LEDライトなどのパッシブデバイスを超えて電子機器に電力を供給します。 最新の研究では、テキスタイルとしての過酷さに耐えられるだけでなく、環境データを収集および送信するプログラム可能な電子機器を数時間実行するのに十分な電力を蓄え、供給できることも示されています。これは、医療技術での使用に向けた位置付けになる可能性がある進歩です。 「テキスタイルに組み込むことができる材料は数多くありますが、MXene は、その本来の導電性と、安定したコロイド溶液として水に分散する能力により、他の材料よりも明確な利点があります。 これは、MXene を布地に付着させるために、化学添加物や追加の製造工程を使用せずにテキスタイルを MXene で簡単にコーティングできることを意味します。 「その結果、当社のスーパーキャパシタは高いエネルギー密度を示し、テキスタイルベースのエネルギー貯蔵を実際のアプリケーションに実装するために必要なプログラマブル電子機器への電力供給などの機能アプリケーションを可能にしました。」 ドレクセルの研究者は、導電性 XNUMX 次元ナノ材料である MXene を、導電性、耐久性、電磁放射に対する不透過性、およびエネルギー貯蔵の優れた特性をさまざまな材料に浸透させることができるコーティングとして適応させる可能性を探ってきました。 最近、チームは、導電性の MXene 糸を使用して、温度、動き、および圧力を感知して応答するテキスタイルを作成する方法を検討しました。 しかし、これらのファブリック デバイスを「ウェアラブル」として完全に統合するために、研究者は電源をミックスに織り込む方法を見つける必要もありました。 「柔軟で伸縮性があり、真にテキスタイル グレードのエネルギー貯蔵プラットフォームは、現在利用可能な材料と技術の性能指標が不十分であるため、これまでほとんどの e-テキスタイル システムに欠けていました」と研究チームは書いています。 「これまでの研究では、工業用編み物に耐える十分な機械的強度が報告されています。 ただし、実証されたアプリケーションには単純なデバイスしか含まれていませんでした。」 チームは、最小量の活物質を使用し、最小量のスペースを占有しながら、エネルギー貯蔵容量を最大化することを目標として、MXene テキスタイル スーパーキャパシタ パッチの設計に着手しました。衣服。 スーパーキャパシタを作成するために、チームは単純に綿織物の小さなスウォッチを MXene 溶液に浸し、塩化リチウム電解質ゲルの上に重ねました。 各スーパーキャパシタ セルは、XNUMX 層の MXene コーティング テキスタイルと、これもコットン テキスタイルで作られた電解質セパレータで構成されています。

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「プログラム可能なデバイスに電力を供給するために必要な電気的負荷を生成するために、25 平方センチメートルの面積を持つディップ コーティングされた 3.3 セル スタックの最適化された構成に到達しました。論文の共著者。 「また、パフォーマンスの低下を防ぐためにセルを真空密閉しました。 このパッケージングのアプローチは、商用製品に適用できる可能性があります。」 最高性能のテキスタイル スーパーキャパシタは、Arduino Pro Mini 30V マイクロコントローラに電力を供給し、96 秒ごとに 20 分間ワイヤレスで温度を送信することができました。 そして、このレベルのパフォーマンスを XNUMX 日以上一貫して維持しました。 「実用的な周辺電子機器システムに電力を供給する MXene テキスタイル スーパーキャパシタの最初のレポートは、柔軟なテキスタイル形式でモーション トラッカーや生物医学モニターなどの幅広いデバイスをサポートする、この XNUMX 次元材料ファミリーの可能性を示しています」と Gogotsi 氏は述べています。 研究チームは、これはテキスタイル エネルギー デバイスの記録上、最高の総出力の XNUMX つですが、まだ改善の余地があると指摘しています。 彼らは技術の開発を続けており、さまざまな電解質とテキスタイル電極構成をテストして電圧を高め、さまざまなウェアラブル形式で設計します。 「既存の e テキスタイル デバイスの電力は、依然としてリチウム ポリマーやコイン型リチウム電池などの従来のフォーム ファクターに大きく依存しています」と研究者は書いています。 「そのため、ほとんどの e-テキスタイル システムは、柔軟なエネルギー貯蔵を含む柔軟な e-テキスタイル アーキテクチャを使用していません。 この研究で開発された MXene スーパーキャパシタは、その隙間を埋め、柔軟な電子機器に電力を供給できる繊維ベースのエネルギー貯蔵ソリューションを提供します。」

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• 情報源： https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62271.php