Эластичная ткань

Feb 12, 2024

Эндрю Корселли

Будущее носимых технологий стало ярче благодаря команде исследователей из Университета Хьюстона, которые спроектировали, разработали и представили успешный прототип полностью растягивающейся литий-ионной батареи на тканевой основе.

Идея создания этой литий-ионной батареи принадлежит профессору Хале Ардебили, которая сказала: «Как большой поклонник научной фантастики, я могла бы представить себе «будущее в духе научной фантастики», где наша одежда будет умной, интерактивной и оснащенной энергией. Казалось бы, естественным следующим шагом будет создание и интеграция растягивающихся батарей с растягивающимися устройствами и одеждой. Представьте себе, что вы складываете, сгибаете или растягиваете свой ноутбук или телефон в кармане. Или использовать интерактивные датчики, встроенные в нашу одежду, чтобы следить за нашим здоровьем».

Основным узким местом в разработке следующего поколения носимых технологий, встроенных в ткани, является то, что обычные батареи, как правило, жесткие, что приводит к ограниченной функциональности, и они используют жидкий электролит, что вызывает проблемы безопасности. Традиционные органические жидкие электролиты огнеопасны и могут привести к взрывам.

Ключом к прорыву является использование проводящей серебряной ткани в качестве платформы и токосъемника.

«Плетение из серебра идеально подходило для этого, поскольку оно механически деформируется или растягивается, но при этом обеспечивает пути электропроводности, необходимые для нормального функционирования электрода батареи. Электрод батареи должен позволять движение как электронам, так и ионам», — сказал автор исследования Ардебили.

«Мне было интересно понять фундаментальную науку и механизмы, связанные с растяжением электрохимической ячейки и ее компонентов», — сказала она. «Это была неизведанная область науки и техники и прекрасная область для исследований».

«Хотя мы создали прототип, мы все еще работаем над оптимизацией конструкции, материалов и изготовления батареи», — сказал Ардебили.

Ардебили надеется, что прототип растягивающейся батареи на тканевой основе проложит путь для многих типов приложений, таких как интеллектуальные скафандры, бытовая электроника, встроенная в одежду, которая контролирует здоровье людей, и устройства, которые взаимодействуют с людьми на различных уровнях. Существует множество возможных конструкций и применений безопасных, легких, гибких и растягивающихся батарей, но еще предстоит проделать определенную работу, прежде чем они появятся на рынке.

«Коммерческая жизнеспособность зависит от стоимости и масштаба», — сказал Ардебили Tech Briefs в эксклюзивном интервью, полное интервью которого можно прочитать ниже. «Действительно существует очевидная потребность в таких батареях для будущих растягивающихся электронных устройств. По мере того, как эти продукты будут коммерциализированы, я подозреваю, что и эта батарея тоже. Я ожидаю, что сроки займут около десяти лет».

Независимо от того, используются ли эластичные батареи для питания скафандров, тренировочной одежды или каких-либо других инновационных устройств, Ардебили хочет, чтобы они были надежными и безопасными. «Моя цель — сделать батареи максимально безопасными», — сказала она.

Вот интервью Tech Briefs с Ардебили, отредактированное для большей длины и ясности.

Технические сводки: Я уверен, что их было слишком много, чтобы сосчитать, но какая была самая большая техническая проблема, с которой вы столкнулись при разработке этого прототипа?

Горючий : Да, проблем было много. В частности, этому проекту потребовалось более пяти лет, чтобы достичь нынешнего состояния. Ключевым препятствием была интеграция фабрики с функциональностью аккумулятора.

Технические сводки: Можете ли вы объяснить простыми словами, как это работает?

Горючий : В этой батарее электрохимический активный материал, обеспечивающий заряд посредством связывания и разрыва связи лития (интеркаляции), нанесен на серебряную растягивающуюся ткань. Поскольку ионы лития перемещаются внутри батареи между отрицательным и положительным электродами, батарея также способна одновременно растягиваться благодаря растяжимости ткани и полимерного электролита.

Технические сводки