Исследователи исправили неисправность в «умном текстиле» для накопления энергии

Исследовательская группа из университета штата Северная Каролина нашла способ предотвратить неисправности в пряже (умном текстиле), который предназначен для хранения электрической энергии. Результаты этого исследования могут помочь в разработке «умного» текстиля, который будет улавливать энергию от движений владельца, датчиков мощности и носимой электроники.

Суперконденсатор работает в качестве аккумулятора, но устройство представляет собой гибкую батарею в виде текстильной пряжи. Один из исследователей, Вэй Гао, говорит, что из этой пряжи можно связать свитер или футболку. Во время исследования они включили в эту пряжу кусок ткани, чтобы она могла накапливать электроэнергию. После этого её можно использовать в качестве источника питания для различных электронных устройств (датчик, освещение и т. п.).

Хотя исследования этих таких «суперконденсаторов в форме нитей» являются многообещающими, учёные говорят, что сталкиваются с рядом проблем из-за их конструкции. В частности, по мере увеличения длины нитей растёт вероятность замыкания суперконденсаторов. Короткое замыкание можно охарактеризовать, как ситуацию, когда электрический ток идёт по непреднамеренному пути. Это является проблемой безопасности, поскольку может привести к выбросу тепловой энергии. А иногда это может даже вызвать пожар.

Гао говорить, что сейчас многие пытаются создать интеллектуальную электронику, которую можно встроить в ткань одежды. Исследователям удалось обнаружить, что если нить суперконденсаторах будет длиннее 8 дюймов, то происходит короткое замыкание. Естественно, что использование разработки в таком состоянии невозможно из-за проблем с безопасностью. Ведь такая одежда будет одеваться на человека.

Для решения проблемы исследователи решили обернуть нити пряжи суперконденсатора изолирующими нитями. Учёные выдвинули идею, заключающуюся в том, что нити будут работать в качестве физического барьера, удерживая электроды от контакта друг с другом. Это предотвратит короткое замыкание.

Исследовательская группа проверила работу своего устройства при подключении электродов к источнику питания. При этом они записали текущую реакцию устройства. Таким способом они смогли оценить, насколько хорошо пряжа может удерживать заряд. Им удалось обнаружить, что после 10000 зарядок и разрядок нити сохраняют 90% исходной энергии.

Исследователи проверили, смогут ли нити выдержать сгибание и растяжение после вплетения суперконденсаторов в форме пряжи в ткань. Ведущий автор исследования, Нанфей Хэ, сказала, что нити должны быть достаточно прочными и гибкими. Тогда при сжимании и растягивания они будут сохранять свои первоначальные электрические характеристики. В этом случае механическая деформация им не повредит. Как показало исследование, все нити сохранили свои первоначальные характеристики после вязания и ткачества.

Исследователи заявили, что им удалось изготовить суперконденсатор в форме пряжи, используя процессы, обычные для текстильного производства. Причём они утверждают, что все эти процессы можно легко масштабировать до крупномасштабного производства.

Следующей целью своего исследования учёные ставят внедрение полученного дизайна конденсаторов в одежду, а также интеграция этой одежды с другими устройствами генерирующими электроэнергию. Генеральный директор Storagenergy Technologies Inc. (промышленный партнер проекта), Фэн Чжао, отметил, что новаторские материалы и проектирование в таких процессах играют решающую роль для масштабируемости и производительности устройства.

Результаты исследования были опубликованы тут.