محققان دانشگاه درکسل در ایالت پنسیلوانیا، آمریکا با همکاری آزمایشگاه های اکسنچر موفق به توسعه طرحی جدید برای یک ابرخازن پوشیدنی انعطاف پذیر شده اند.
به گزارش سرویس اطلاع‌رسانی نساجی امروز، در این ابر خازن از MXene که یک نانوماده دوبعدی رسانا می باشد، استفاده شده است. این ماده اولیه در سال 2011 در دانشگاه درکسل به منظور توسعه یک ابرخازن بر پایه منسوج کشف شده بود.
بر اساس تحقیقات صورت گرفته ابر خازن جدید می تواند ظرف چند دقیقه شارژ شده و نیروی مورد نیاز یک سنسور دمایی آردوینو و مخابره رادیویی داده ای را برای تقریبا دو ساعت تامین کند.
یوری گوگوتسی، استاد کالج مهندسی دانشگاه درکسل می گوید: "این ابرخازن یک پیشرفت چشمگیر در زمینه فناوری های پوشیدنی به شمار می رود. برای به کارگیری کامل این فناوری درون پارچه باید بتوان منبع نیروی آن را بدون هیچ دوختی درون پارچه قرار داد."
محققان دانشگاه درکسل امکان استفاده از MXene به عنوان پوششی با خواص منحصر به فرد رسانایی، دوام، نفوذناپذیری که قابلیت نفوذ به طیف گسترده ای از مواد اولیه را دارد، مورد بررسی قرار دادند. آن ها اخیرا به دنبال روش هایی برای استفاده از نخ MXene رسانا برای خلق منسوجات حسگر و واکنش دهنده به دما، حرکت و فشار بوده اند.
با این حال محققان باید برای ادغام کامل این ابزارهای بر پایه منسوج درون لباس به روشی برای قرار دادن منبع نیرو درون پارچه از راه بافندگی نیز دست پیدا کنند.
تیم تحقیقاتی با هدف به حداکثر رساندن ظرفیت ذخیره انرژی و در عین حال استفاده از کمترین مقدار مواد اولیه فعال اقدام به طراحی ابرخازن بر پایه منسوج MXene کرده است.
آن ها می خواستند ابرخازن جدید کمترین فضای لازم را اشغال کند تا از این طریق هزینه های کلی تولید کاهش پیدا کرده و انعطاف پذیری و قابلیت پوشیده شدن لباس نیز حفظ شود.
تیم تحقیقاتی برای ساخت ابرخازن جدید نمونه های کوچکی از پارچه پنبه ای تاری پودی را درون محلول MXene فرو کرده و به صورت لایه ای بر روی ژل الکترولیت کلرید لیتیوم قرار دادند. هر سلول ابرخازن از دو لایه منسوج پوشش دهی شده با MXene و یک جداکننده که آن هم از منسوج پنبه ای تهیه شده، تشکیل می شود.
آن ها نیروی ابرخازن را برای راه اندازی ابزار مشخص مانند میکروکنترلر قابل برنامه ریزی آردوینو مورد آزمایش قرار دادند. محققان پنج سلول را به صورت منظم بر روی هم قرار دادند تا یک پک نیرو با قابلیت شارژ کردن تا 6 ولت را ایجاد کنند یعنی نیرویی مشابه باتری های کتابی بزرگ تر که اغلب در چرخ دستی های گلف، فانوس های برقی و جامپ استارترها مورد استفاده قرار می گیرند.
الکس اینمن از کالج مهندسی دانشگاه درکسل می گوید: "شکل و پیکربندی این ابرخازن در بهترین حالت آن طراحی شده و فضایی که پک تشکیل شده از پنج سلول برای تامین مورد نیاز نیروی ابزار قابل برنامه ریزی نیاز دارد، 25 سانتی متر مربع می باشد. ما همچنین به منظور جلوگیری از کاهش عملکرد پک ها درون آن یک خلا کامل ایجاد کردیم. این روش بسته بندی برای محصولات تجاری نیز قابل استفاده است."
به گفته محققان بهترین ابرخازن بر پایه منسوج از نظر عملکردی نیروی مورد نیاز یک میکروکنترلر پرومینی 3/3 ولت آردوینو را تامین می کرد که قادر بود به صورت بی سیم حرارت را هر 30 ثانیه و به مدت 96 دقیقه انتقال دهد. این ابرخازن این سطح از عملکرد را برای مدت 20 روز حفظ می کند.
گوگوتسی گفت: "گزارش اولیه ابرخازن MXene که نیروی مورد نیاز یک دستگاه الکترونیکی جانبی را تامین می کند نشان دهنده پتانسیل این خانواده از مواد اولیه دوبعدی برای پوشش دادن طیف گسترده ای از ابزار نظیر ردیاب های حرکتی و مانیتورهای بیوپزشکی به شکل یک منسوج انعطاف پذیر می باشد."
فناوری این ابرخازن مدام در حال توسعه بوده و تیم تحقیقاتی الکترولیت ها و اشکال مختلفی از الکترودهای بر پایه منسوج را مورد آزمایش و بررسی قرار می دهند تا علاوه بر افزایش ولتاژ طراحی آن را نیز برای استفاده در پوشیدنی های مختلف بهتر کنند.