Draagbare stroombronnen voor draagbare elektronica worden beperkt door de grootte van kledingstukken.

Met dat in gedachten, onderzoekers van Case Western Reserve University hebben flexibele draadvormige microsupercondensatoren ontwikkeld die in een jasje kunnen worden geweven, overhemd of jurk.

Door hun ontwerp of door de condensatoren in serie of parallel aan te sluiten, de apparaten kunnen worden aangepast aan de opslag- en leveringsbehoeften van de gebruikte elektronica.

Hoewel er vooruitgang is geboekt in de ontwikkeling van die elektronica - bodycamera's, slimme bril, sensoren die de gezondheid bewaken, activity trackers en meer - een uitdaging die overblijft is het leveren van minder opdringerige en omslachtige stroombronnen.

"Het kledinggebied ligt vast, om de vermogensdichtheid te genereren die nodig is in een klein gebied, we groeiden radiaal uitgelijnde titaniumoxide-nanobuizen op een titaniumdraad die als hoofdelektrode werd gebruikt, " zei Liming Dai, de Kent Hale Smith hoogleraar macromoleculaire wetenschap en techniek. "Door het oppervlak van de elektrode te vergroten, je verhoogt de capaciteit."

Dai en Tao Chen, een postdoctoraal onderzoeker in moleculaire wetenschappen en techniek bij Case Western Reserve, publiceerden hun onderzoek naar de microsupercondensator in het tijdschrift Materialen voor energieopslag deze week. De studie bouwt voort op eerdere op koolstof gebaseerde supercondensatoren.

Een condensator is een neef van de batterij, maar biedt het voordeel dat energie veel sneller wordt opgeladen en vrijgegeven.

Hoe het werkt

In deze nieuwe supercondensator, de gemodificeerde titaniumdraad is gecoat met een vast elektrolyt gemaakt van polyvinylalcohol en fosforzuur. De draad wordt vervolgens omwikkeld met garen of een vel gemaakt van uitgelijnde koolstofnanobuisjes, die dient als de tweede elektrode. De titaniumoxide nanobuisjes, die halfgeleidend zijn, scheid de twee actieve delen van de elektroden, voorkomen van kortsluiting.

Bij het testen, capaciteit - het vermogen om lading op te slaan - nam toe van 0,57 tot 0,9 tot 1,04 milliFarad per micrometer toen de strengen koolstof nanobuisgaren werden verhoogd van 1 naar 2 naar 3.

Wanneer omwikkeld met een vel koolstofnanobuisjes, die het effectieve gebied van de elektrode vergroot, de microsupercondensator bewaarde 1,84 milliFarad per micrometer. De energiedichtheid was 0,16 x 10-3 milliwattuur per kubieke centimeter en de vermogensdichtheid was 0,01 milliwatt per kubieke centimeter.

Of het nu omwikkeld is met garen of een laken, de microsupercondensator behield ten minste 80 procent van zijn capaciteit na 1, 000 laad-ontlaadcycli. Om te voldoen aan verschillende specifieke stroombehoeften van draagbare apparaten, de draadvormige condensatoren kunnen in serie of parallel worden aangesloten om spanning of stroom te verhogen, zeggen de onderzoekers.

Wanneer gebogen tot 180 graden honderden keren, de condensatoren vertoonden geen prestatieverlies. Die in vellen gewikkeld vertoonden meer mechanische sterkte.

"Ze zijn erg flexibel, zodat ze kunnen worden geïntegreerd in stof of textielmaterialen, " zei Dai. "Ze kunnen draagbaar zijn, flexibele stroombron voor draagbare elektronica en ook voor zelfaangedreven biosensoren of andere biomedische apparaten, vooral voor toepassingen in het lichaam."

Het laboratorium van Dai is bezig de draadachtige condensatoren tot stof te weven en ze te integreren met een draagbaar apparaat.