Изменение конструкции помогает предотвратить сбои в пряже, предназначенной для накопления энергии

В новом исследовании ученые из Университета штата Северная Каролина нашли способ предотвратить электрические неисправности в пряже, предназначенной для хранения электрической энергии. В конечном счете, результаты могут помочь в разработке «умного текстиля», который будет улавливать энергию от движений владельца, датчиков мощности и носимой электроники.

Исследователи сообщили в npj Flexible Electronics , что им удалось предотвратить короткое замыкание в нитях, которые действуют как суперконденсаторы — электрические устройства, накапливающие энергию, — обмотав нити изолирующей нитью. Они также проверили прочность и долговечность пряжи, чтобы убедиться, что она все еще может работать после прохождения процессов вязания и ткачества.

«Суперконденсатор работает как батарея, но в данном случае мы работаем над гибкой батареей в виде текстильной пряжи, которую можно сплести или связать с вашей футболкой или свитером», — сказал Вэй Гао, доцент кафедры текстильной инженерии, а также стипендиат университетского факультета штата Северная Каролина. «В этом исследовании мы вплели эту пряжу в кусок ткани, чтобы она могла накапливать электрическую энергию, и в конечном итоге мы хотим использовать ее для питания любых электронных устройств, которые вам нужны, например таких как датчики или тедефоны,»

Хотя исследования этих так называемых «суперконденсаторов в форме нитей» являются многообещающими, ученые говорят, что разработчики сталкиваются с постоянной проблемой их конструкции: суперконденсаторы в форме нитей с большей вероятностью замыкаются по мере увеличения их длины. Короткое замыкание — это когда электрический ток течет по непреднамеренному пути. Это проблема безопасности, потому что короткое замыкание может привести к выбросу тепловой энергии или даже пожару.

«Все пытаются создать интеллектуальную электронику, которую можно встроить в ткань», — сказал Гао. «Мы обнаружили, что если вы попытаетесь сделать нить суперконденсатора длиннее 8 дюймов, это устройство довольно легко замкнется. Это довольно опасно, и никто не хочет сталкиваться с этим, надевая умный костюм».

Чтобы решить эту проблему, исследователи проверили, что произойдет, если они обернут электроды пряжи суперконденсатора изолирующими нитями. Идея заключалась в том, что нити будут действовать как физический барьер, удерживая противоположные электроды от контакта друг с другом и предотвращая короткое замыкание. Они проверили работу своего устройства, подключив электроды к источнику питания и записав текущую реакцию устройства. Они также проверили, насколько хорошо пряжа способна удерживать заряд. Они обнаружили, что нити сохраняют 90% исходной энергии после 10 000 зарядок и разрядок.

Исследователи также проверили, смогут ли они выдержать сгибание и растяжение, вплетая свои суперконденсаторы в форме пряжи в ткань .

«Нити должны быть гибкими и достаточно прочными, чтобы, когда вы сгибаете, растягиваете и сжимаете их, они сохраняли свои первоначальные электрические характеристики после всех этих механических деформаций», — сказал ведущий автор исследования Нанфей Хэ, научный сотрудник с докторской степенью в области текстильной инженерии. химия и наука в штате Северная Каролина. «Все нити сохранили свои первоначальные характеристики даже после ткачества и вязания».

Исследователи заявили, что они изготовили суперконденсатор в форме пряжи, используя процессы, обычные для текстильного производства.

«Все эти процессы можно очень легко масштабировать», — сказал он.

В будущей работе исследователи хотят внедрить свой дизайн в одежду и попытаться интегрировать ее с другими устройствами, генерирующими энергию .

Дополнительная информация: Нанфей Хе и др. Сепараторные нити в суперконденсаторах в форме нитей во избежание короткого замыкания по длине, npj Flexible Electronics (2022). DOI: 10.1038/s41528-022-00150-2

 

Будьте в курсе в удобном формате, присоединяйтесь: TG-канал и ВК

Бесплатная служба распространения новостей для научных организаций и стартапов

hello@technovery.com