Kommer vi snart att koppla in vår mobiltelefon i vår t-shirt istället för att sätta i ett batteri? Denna vision är inte helt utom räckhåll:de första stegen i denna riktning har redan tagits.
Nu ett team som leds av Zhong Lin Wang vid Georgia Institute of Technology (Atlanta, USA) och Jong Min Kim från Samsung Electronics i Sydkorea introducerar en prototyp för en flexibel energilagringsenhet som kan bearbetas till textilier. Som forskarna rapporterar i tidskriften Angewandte Chemie , denna superkondensator är gjord av ett mycket speciellt arrangemang av zinkoxidnanotrådar odlade på konventionella fibrer.
Även om det är mindre, lättare komponenter utvecklas ständigt, de flesta enheter för energigenerering och lagring är alldeles för skrymmande och tunga för allt mer miniatyriserade elektroniska enheter i framtiden. Superkondensatorer är ett intressant alternativ till batterier och uppladdningsbara batterier för energilagring. De kan laddas nästan oändligt och extremt snabbt; dock, tidigare exempel har inte varit tillräckligt flexibla eller lätta.
Forskargruppen har nu utvecklat en prototyp för en högeffektiv fiberbaserad elektrokemisk mikrosuperkondensator som använder zinkoxidnanotrådar som elektroder. Substratet för en av elektroderna är en flexibel, fin plasttråd; för den andra elektroden är det en fiber gjord av kevlar. Kevlar är materialet som används för att göra skottsäkra västar. Forskarna kunde odla nanotrådar av zinkoxid på vart och ett av dessa substrat. Ytterligare beläggningar med material som guld och manganoxid kan ytterligare förbättra laddningskapacitansen. Med hjälp av pincett, forskarna lindade sedan var och en av plasttrådarna med en kevlarfiber. Denna enhet bäddades sedan in i en fast gelelektrolyt som separerar de två elektroderna och möjliggör den nödvändiga laddningstransporten. Ett knippe av dessa fibrer skulle kunna bearbetas för att bilda en tråd.
Zinkoxid har speciella fördelar jämfört med konventionella superkondensatormaterial, :den kan odlas på vilket substrat som helst i vilken form som helst vid låg temperatur (under 100 °C) och den är både biokompatibel och miljövänlig.
En särskilt spännande tillämpning skulle vara användningen av dessa nya laddningslagringsmedier i kombination med flexibla fibernanogeneratorer, som Wang och hans team tidigare har utvecklat. Bärarens hjärtslag och steg, eller till och med svag vind, skulle räcka för att flytta de piezoelektriska zinkoxidnanotrådarna i fibrerna, genererar elektrisk ström.
I form av en "power shirt" skulle ett sådant system kunna leverera tillräckligt med ström för små elektroniska enheter, som mobiltelefoner eller små sensorer som de som används för att varna brandmän för gifter.