Ett armband av tyg vävt från det nya garnbatteriet kan driva en klocka (vänster), Lysdioder (uppe till höger), och en pulssensor (nere till höger). Upphovsman:Huang et al. © 2017 American Chemical Society
(Phys.org) —Forskare har tillverkat uppladdningsbara batterier med hjälp av högledande garn som har en diameter och flexibilitet som liknar den för en bit bomullsgarn. Det nya garnbatteriet kan vävas i tyg och bäras som ett armband eller annan typ av kläder för att driva klockor, Lysdioder, pulsmätare, och annan liten personlig elektronik.
Forskarna, ledd av Chunyi Zhi, Professor i materialvetenskap och teknik vid City University of Hong Kong, har publicerat ett papper om det nya garnbatteriet i ett nyligen utgåva av ACS Nano .
Hittills har det varit utmanande att utveckla högpresterande bärbara batterier på grund av brist på material som är både mycket ledande men ändå starka och flexibla nog att vävas in i tyg. Genom att ta itu med dessa frågor, det nya garnbatteriet uppvisar en av de bästa prestationerna hittills, inklusive en effekttäthet liknande den för superkondensatorer, samt en energitäthet och kapacitet som liknar konventionella batteriers kapacitet.
"Vi använder mycket ledande och vävbara garner för att tillverka ett garnbatteri med toppmodern prestanda när det gäller kapacitet, energi densitet, krafttäthet, och prisförmåga, "Berättade Zhi Phys.org . "Garnerna är ytterligare vävda för att göra ett armbandsbatteri för att driva olika personliga elektroniker."
Kärnan i garnbatteriet består av mycket flexibla trådar av rostfritt stål i mikrometer, på vilka metaller deponeras (zink som anoden, nickelkobolthydroxid som katod). En gelelektrolyt beläggs sedan runt hela garnstycket.
Den flexibla, ledande garn kan vävas eller stickas i tyg, som senare kan användas för att driva olika elektroniska enheter. Upphovsman:Huang et al. © 2017 American Chemical Society
Som forskarna förklarar, varje material bidrar till den goda prestandan hos det totala batteriet:garnet i rostfritt stål är tillräckligt starkt för att vävas och stickas av både maskin och hand, och dess konduktivitet ger också bra långväga elektrontransporter. Synergistiska effekter mellan nickel- och koboltmetalljonerna ökar kapacitets- och energitäthetsvärdena över dem som skulle vara möjliga att använda enbart metall ensam.
Med siffrorna, batteriet ger en effektdensitet på 2,2 W/cm 3 , och 33 mW/cm 2 för hela batteriet. Den har en energitäthet på 8 mWh/cm 3 , och 0,12 mWh/cm 2 för hela batteriet. Alla dessa värden är bland de högsta som rapporterats hittills. Batteriets kapacitet, 16,6 mAh/cm 3 , är det hittills högsta värdet för en fiberbaserad energilagringsenhet, såvitt forskarna vet.
Efter att ha böjt och vridit i 1, 000 cykler, batteriet behåller 80% och 70% av sin ursprungliga kapacitet, respektive. Forskarna förklarar att kapacitetsförlusten beror på att det bildas sprickor på elektroderna när de deformeras.
För att visa batteriet, forskarna vävde det ledande garnet i en stor ledande duk, som kan användas som ett armbandsbatteri för att driva elektroniska enheter som klockor och lysdioder. De förväntar sig att garnbatteriet kommer att ha applikationer för bärbar elektronik, smarta plagg, och inom vården i framtiden.
"Därefter planerar vi att göra textilbatterier som är tvättbara, vattentät, och hållbar, för att komma närmare kommersialisering, "Sa Zhi.
© 2017 Phys.org
