Постоянно увеличивающееся производство и разработка все новых носимых электронных устройств требуют разработки легких и надежных систем накопления энергии. Это, в свою очередь, ведет к совершенствованию технологии изготовления таких накопителей, которая позволила бы сохранять мощность и плотность энергии.
В указанных условиях исследователи из Корейского института науки и технологий (KIST) разработали волокнистый электродный материал, который может накапливать энергию. Новое разработанное корейскими инженерами уникальное волокно UCSD, изменяющее форму, накапливает энергию и поддерживает нагрузку в электросети.
По информации команды, благодаря повышенной прочности, легкости и гибкости эти волокна обеспечивают беспрецедентную универсальность в дизайне и в использовании в носимых устройствах. Технология позволяет создавать различные формы и расширить области применения инновационного материала. Подробности исследования команды опубликованы в журнале Advanced Energy Materials.
Как следует из опубликованных сведений, модифицированные волокна из углеродных нанотрубок, преобразованные в волокноподобные суперконденсаторы, демонстрируют эффективность хранения энергии, повышая электрохимическую активность в более чем 30 раз. Волоконные суперконденсаторы (FSSCS) могут легко сочетаться с различными формами продукта, в котором они используются.
Волокна из углеродных нанотрубок (CNTF) идеально подходят для любых носимых электронных устройств, поскольку они хорошо проводят электричество, прочны и гибки. По сообщениям команды исследователей, UCSD, изготовленные методом мокрого прядения в жидкокристаллической фазе, обладают такими превосходными характеристиками, как высокая электропроводность, высокая прочность, легкий вес и гибкость. Эти замечательные качества обусловлены плотно упакованной и выровненной структурой волокна и тем фактом, что оно изготовлено из высококристаллических углеродных нанотрубок с небольшим количеством дефектов.
Исследователи добавляют дополнительные материалы на поверхность волокон из углеродных нанотрубок (CNTF), чтобы повысить их способность накапливать энергию. Эти материалы, такие как электропроводящие полимеры или оксиды металлов, увеличивают площадь поверхности для проведения химических реакций.
Эти волокна изготавливаются путем обработки поверхности CNTF, придания им специальной жидкокристаллической формы, а затем формования из них волокон. Обработка поверхности CNTF обычно может улучшить их способность накапливать энергию. В процессе исследований ученые сделали жидкокристаллический раствор более концентрированным, что сделало волокна прочнее и они стали лучше проводить электричество. По сравнению с обычными CNTF-волокнами, обработанные волокна могут накапливать гораздо больше энергии и лучше проводить электричество.
Модифицированное волокно из углеродных нанотрубок обладает в 33 раза большим запасом энергии, в 3,3 раза большей прочностью и в 1,3 раза большей проводимостью, чем обычные волокна. Команда протестировала эти волокна, превратив их в накопители энергии и используя для питания цифровых часов, которые безотказно работали более 15 минут. В ходе исследований с использованием волокнистых суперконденсаторов было установлено, что они сохранили 95 % своих характеристик после 5000 испытаний на изгиб и почти 100 % при скручивании. Исследователи утверждают, что после сгибания и очистки они также хорошо функционировали, когда были вплетены в ремешки цифровых часов.
“Мы подтвердили, что углеродные нанотрубки, которые недавно снова начали привлекать внимание в качестве проводящего материала для вторичных аккумуляторов, могут быть использованы в гораздо более широком спектре областей”, - сказал доктор Ким Сын Мин, исследователь из Корейского института науки и технологии. Эта команда ученых планирует расширить свои исследования в области нетрадиционных систем хранения энергии. Кроме того, они изучают способы адаптации этой технологии для волоконных аккумуляторов с повышенной плотностью энергии, выходя за рамки изучения только суперконденсаторов.
