Det bärbara batteriet är inbäddat i sweatshirten och i ett klockarmband. Batteriet i klockremmen visas driva 6 lysdioder. Båda batterierna är gjorda av okonventionella batterimaterial som är mycket lämpade för flexibilitet. Kredit:Yong-Hee Lee, et al.
(Phys.org) – Även om det har gjorts mycket forskning på sistone om utvecklingen av flexibla elektroniska enheter som kan integreras i kläder, glasögon, klockor, och jämn hud, den begränsande faktorn för denna teknik är batteriet. Även om flexibla batterier gjorda av kolnanorör och grafen nyligen har utvecklats, de möter fortfarande hinder på grund av deras höga motstånds- och skalbarhetsproblem.
Nu i en ny studie, forskare har totalrenoverat nyckelkomponenterna i ett typiskt batteri genom att använda nya material som ger överlägsen prestanda under extrema hopfällbara förhållanden jämfört med flexibla uppladdningsbara batterier gjorda av kolnanomaterial.
I sista hand, ett sådant textilbatteri kan antingen fästas på kläder eller bäddas in mellan klädestygets vävda lager. Det skulle leverera ström till bärbara elektroniska enheter som uppfyller funktionerna hos dagens smarta telefoner, från att titta på videor till att ta bilder till att använda sociala medier.
Forskarna, leds av Taek-Soo Kim, Jung-Yong Lee, och Jang Wook Choi vid KAIST Institute NanoCentury vid Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) i Daejeon, Sydkorea, har publicerat sin artikel om det nya bärbara batteriet i ett nyligen numret av Nanobokstäver .
Precis som den begränsande faktorn för flexibel elektronik är batteriet, de begränsande faktorerna för de flexibla batterierna är elektroderna, nuvarande samlare, och andra nyckelbatterikomponenter som traditionellt är gjorda av styva material.
Istället för att använda kolnanomaterial för dessa nyckelkomponenter, forskarna här undersökte ett brett utbud av okonventionella batterimaterialkandidater. De bestämde sig till slut med att använda polyestergarn som textilsubstrat, som de belagt med nickel som strömavtagare. Nickelbeläggningen belades sedan med polyuretan för att bilda elektroderna, tillsammans med pärm och separator, som stödjer elektroderna.
Flexibla solceller kan integreras i textilbatteriet och användas för att ladda batteriet medan det bärs, eliminerar behovet av att koppla batteriet till ett eluttag. Kredit:Yong-Hee Lee, et al.
"Den största betydelsen av vårt arbete är att litiumjonbatteriers bärförmåga underlättas genom att man bygger batterienheterna av samma material som moderkläderna, textil, " berättade Choi Phys.org . "Att omforma batterisystemet genom att engagera materialen i målapplikationerna som batterierna är anslutna till är en nyckelidé i det pågående arbetet."
Tillsammans, dessa material skapar ett batteri som har både hög prestanda och utmärkt flexibilitet. Prestationsmässigt, nickelbeläggningen ger batteriet en mycket liten resistans som är flera storleksordningar mindre än för nanomaterial i kol, och liknande den för aluminium som används i konventionella (oflexibla) batterier.
Forskarna demonstrerade batteriets goda prestanda under vikningsförhållanden genom att bygga ett hemmagjort vikinstrument som viker batteriet var 1,5 cm vid en tätt komprimerad vikningsradie på 0,65 mm – en vikningsgrad som är mer extrem än den som används för att testa de flesta andra textilbatterier. Ändå, det nya batteriet visar att, efter 5500 djupa vik- och uppvikningscykler, den behåller 91,8 % av sin ursprungliga kapacitet. (Kapaciteten för detta batteri är 13 mAh, men kan förbättras till 85 mAh med en annan metod för att väva polyestergarnet, och forskarna förväntar sig ytterligare förbättringar i framtiden.)
Förutom dessa attraktiva fastigheter, forskarna visade också att flexibla polymersolceller kan integreras i textilbatteriet och användas för att ladda batteriet medan det bärs, eliminerar behovet av att koppla batteriet (och din skjorta eller klocka, etc.) till ett eluttag varje gång den behöver laddas. Forskarna skriver att solcellsladdningssystemet är anständigt, och visa att ett helt solladdat textilbatteri kan tända nio lysdioder, var och en har en effektförbrukning på 0,042 W.
Övergripande, det nya textilbatteriet visar att energilagringskomponenten i bärbar elektronik kommer ikapp andra komponenter, tar bärbar elektronik ett steg närmare verkligheten.
"Vi behöver ytterligare justering av batteriegenskaper i flera aspekter (energitäthet, Driftspänning, etc.) beroende på målapplikationer, "Sade Choi. "Kommunikationen med industrin som arbetar med slutapplikationer går för närvarande i denna riktning."
© 2013 Phys.org. Alla rättigheter förbehållna.
