Bärbara strömkällor för bärbar elektronik begränsas av storleken på plaggen.

Med det i åtanke, Forskare vid Case Western Reserve University har utvecklat flexibla trådformade mikrosuperkondensatorer som kan vävas in i en jacka, skjorta eller klänning.

Genom sin design eller genom att ansluta kondensatorerna i serie eller parallellt, enheterna kan skräddarsys för att matcha laddningslagring och leveransbehov för påsatt elektronik.

Även om det har gjorts framsteg i utvecklingen av den här elektroniken – kroppskameror, smarta glasögon, sensorer som övervakar hälsan, aktivitetsspårare och mer – en utmaning som återstår är att tillhandahålla mindre påträngande och krångliga strömkällor.

"Klädområdet är fixat, så att generera den effekttäthet som behövs på ett litet område, vi odlade radiellt inriktade nanorör av titanoxid på en titantråd som användes som huvudelektrod, " sa Liming Dai, Kent Hale Smith professor i makromolekylär vetenskap och teknik. "Genom att öka elektrodens yta, du ökar kapacitansen."

Dai och Tao Chen, en postdoktor i molekylär vetenskap och teknik vid Case Western Reserve, publicerade sin forskning om mikrosuperkondensatorn i tidskriften Energilagringsmaterial Denna vecka. Studien bygger på tidigare kolbaserade superkondensatorer.

En kondensator är kusin till batteriet, men erbjuder fördelen att ladda och frigöra energi mycket snabbare.

Hur det fungerar

I denna nya superkondensator, den modifierade titantråden är belagd med en fast elektrolyt gjord av polyvinylalkohol och fosforsyra. Tråden lindas sedan med antingen garn eller ett ark tillverkat av inriktade kolnanorör, som fungerar som den andra elektroden. titanoxid nanorör, som är halvledande, separera de två aktiva delarna av elektroderna, förhindrar kortslutning.

Vid testning, Kapacitansen – förmågan att lagra laddning – ökade från 0,57 till 0,9 till 1,04 milliFarads per mikrometer när strängarna av kolnanorörsgarn ökades från 1 till 2 till 3.

När den är inlindad med ett ark av kolnanorör, vilket ökar elektrodens effektiva yta, mikrosuperkondensatorn lagrade 1,84 milliFarad per mikrometer. Energitätheten var 0,16 x 10-3 milliwattimmar per kubikcentimeter och effekttätheten 0,01 milliwatt per kubikcentimeter.

Oavsett om den är inlindad med garn eller ett lakan, mikrosuperkondensatorn behöll minst 80 procent av sin kapacitans efter 1, 000 laddnings-urladdningscykler. För att matcha olika specifika kraftbehov för bärbara enheter, de trådformade kondensatorerna kan anslutas i serie eller parallellt för att höja spänningen eller strömmen, säger forskarna.

När böjd upp till 180 grader hundratals gånger, kondensatorerna visade ingen prestandaförlust. De som var inslagna i ark visade mer mekanisk styrka.

"De är väldigt flexibla, så att de kan integreras i tyg eller textilmaterial, " sa Dai. "De kan vara en bärbar, flexibel strömkälla för bärbar elektronik och även för självdrivna biosensorer eller andra biomedicinska enheter, speciellt för applikationer inuti kroppen."

Dais labb håller på att väva de trådliknande kondensatorerna till tyg och integrera dem med en bärbar enhet.