Растягивающиеся микроскопические суперконденсаторы для носимых устройств с автономным питанием.

Растягивающиеся микроскопические суперконденсаторы для носимых устройств с автономным питанием.

11 Dec 2020
47
Прослушать

Растягивающаяся система, которая может получать энергию от человеческого дыхания и движения для использования в носимых устройствах, разрабатывается группой ученых из Пенсильванского (США) и Минцзянского (Китай) университетов.

Результаты своей работы они недавно опубликовали в журнале Nano Energy

Современные версии батарей, питающих носимые устройства, используемые для мониторинга и диагностики здоровья, имеют множество недостатков, в том числе низкую плотность энергии и ограниченную растяжимость. 

Альтернативой батареям являются миниатюрные суперконденсаторы, которые могут дополнять или заменять литий-ионные батареи в носимых устройствах. Микросуперконденсаторы имеют небольшую площадь, высокую плотность энергии и способность быстро заряжаться и разряжаться. Однако при изготовлении таких систем для носимых устройств обычные микросуперконденсаторы имеют геометрию в виде сэндвича, которая характеризуется небольшой гибкостью, большими расстояниями диффузии ионов и сложным процессом интеграции с электроникой носимого устройства.

Ученые обнаружили, что размещение микросуперконденсаторных ячеек в серпантиновой структуре в виде островков, соединенных мостиками, позволяет конфигурации растягиваться и изгибаться на мостах, одновременно снижая деформацию самих микросуперконденсаторов. При объединении структура становится такой, которую исследователи называют "массивами микросуперконденсаторов".

Используя ультратонкие цинк-фосфорные нанолисты и трехмерную индуцированную лазером графеновую пену - высокопористый, самонагревающейся наноматериал - для создания такой конструкции, ученые увидели резкое улучшение электропроводности и количества поглощенных заряженных ионов. Это доказало, что эти микросуперконденсаторные массивы способны эффективно накапливать и использовать энергию, необходимую для питания носимого устройства.

Исследователи также объединили свою систему с трибоэлектрическим наногенератором - новой технологией, которая преобразует механическое движение в электрическую энергию. В результате этой комбинации была создана система, обеспечивающая автономное питание носимому устройству.