Растягивающиеся микросуперконденсаторы с автономным питанием Носимые устройства

Текущие версии аккумуляторов и суперконденсаторов для питания носимых и растягиваемых устройств для мониторинга и диагностики здоровья имеют множество недостатков, включая низкую плотность энергии и ограниченную растяжимость.

Альтернативой батареям являются микросуперконденсаторы — накопители энергии, которые могут дополнять или заменять литий-ионные батареи в носимых устройствах. Микросуперконденсаторы имеют небольшие габариты, высокую удельную мощность и способность быстро заряжаться и разряжаться; однако при изготовлении для носимых устройств обычные микросуперконденсаторы имеют многослойную геометрию, напоминающую сэндвич, которая демонстрирует плохую гибкость, большие расстояния диффузии ионов и сложный процесс интеграции в сочетании с носимой электроникой.

Исследователи разработали альтернативные архитектуры устройств и процессы интеграции, чтобы расширить использование микросуперконденсаторов в носимых устройствах. Они обнаружили, что расположение ячеек микросуперконденсатора в виде змеевика, остров-мост позволяет конфигурации растягиваться и изгибаться в мостиках, уменьшая при этом деформацию микросуперконденсаторов — островков. В сочетании структура становится тем, что исследователи называют массивами микро-суперконденсаторов. Благодаря использованию схемы островного моста при соединении ячеек массивы микросуперконденсаторов продемонстрировали повышенную растяжимость и позволили регулировать выходное напряжение, что позволило обратимо растянуть систему до 100%.

Используя неслоистые, ультратонкие, цинк-фосфорные нанолисты и трехмерную лазерно-индуцированную графеновую пену — высокопористый, самонагревающийся наноматериал — для создания островной конструкции ячеек, команда добилась резкого улучшения электропроводности. и количество поглощенных заряженных ионов. Это доказало, что эти массивы микросуперконденсаторов могут эффективно заряжаться и разряжаться, а также накапливать энергию, необходимую для питания носимых устройств.

Исследователи также интегрировали систему с трибоэлектрическим наногенератором — новой технологией, которая преобразует механическое движение в электрическую энергию. Эта комбинация создала автономную систему. С модулем беспроводной зарядки на основе трибоэлектрического наногенератора можно собирать энергию на основе движений, таких как сгибание локтя, дыхание и речь.

Объединив эту интегрированную систему с датчиком деформации на основе графена, массивы накапливающих энергию микросуперконденсаторов, заряжаемых трибоэлектрическими наногенераторами, могут питать датчик.