Le fonti di alimentazione indossabili per l'elettronica indossabile sono limitate dalle dimensioni degli indumenti.

Con quello in mente, i ricercatori della Case Western Reserve University hanno sviluppato microsupercondensatori flessibili a forma di filo che possono essere intrecciati in una giacca, camicia o vestito.

Per la loro progettazione o collegando i condensatori in serie o in parallelo, i dispositivi possono essere personalizzati per soddisfare le esigenze di stoccaggio della carica e di consegna dell'elettronica indossata.

Sebbene ci siano stati progressi nello sviluppo di tali dispositivi elettronici:fotocamere per il corpo, occhiali intelligenti, sensori che monitorano la salute, tracker di attività e altro ancora:una sfida rimanente è fornire fonti di alimentazione meno invadenti e ingombranti.

"L'area dell'abbigliamento è fissa, quindi per generare la densità di potenza necessaria in una piccola area, abbiamo coltivato nanotubi di ossido di titanio allineati radialmente su un filo di titanio usato come elettrodo principale, " ha detto Liming Dai, il Kent Hale Smith Professore di Scienze e Ingegneria Macromolecolare. "Aumentando la superficie dell'elettrodo, si aumenta la capacità."

Dai e Tao Chen, un borsista post-dottorato in scienze e ingegneria molecolare presso la Case Western Reserve, hanno pubblicato la loro ricerca sul microsupercondensatore sulla rivista Materiali per l'accumulo di energia questa settimana. Lo studio si basa su precedenti supercondensatori a base di carbonio.

Un condensatore è cugino della batteria, ma offre il vantaggio di caricare e rilasciare energia molto più velocemente.

Come funziona

In questo nuovo supercondensatore, il filo di titanio modificato è rivestito con un elettrolita solido composto da alcol polivinilico e acido fosforico. Il filo viene quindi avvolto con un filo o un foglio di nanotubi di carbonio allineati, che funge da secondo elettrodo. I nanotubi di ossido di titanio, che sono semiconduttori, separare le due porzioni attive degli elettrodi, prevenire un corto circuito.

Nella prova, la capacità - la capacità di immagazzinare carica - è aumentata da 0,57 a 0,9 a 1,04 milliFarad per micrometro mentre i fili del filato di nanotubi di carbonio sono stati aumentati da 1 a 2 a 3.

Quando avvolto con un foglio di nanotubi di carbonio, che aumenta l'area effettiva dell'elettrodo, il microsupercondensatore immagazzinava 1,84 milliFarad per micrometro. La densità di energia era di 0,16 x 10-3 milliwattora per centimetro cubo e la densità di potenza di 0,01 milliwatt per centimetro cubo.

Sia avvolto con filo o un foglio, il microsupercondensatore ha mantenuto almeno l'80 percento della sua capacità dopo 1, 000 cicli di carica-scarica. Per soddisfare le diverse esigenze di alimentazione specifiche dei dispositivi indossabili, i condensatori a filo possono essere collegati in serie o in parallelo per aumentare tensione o corrente, dicono i ricercatori.

Quando piegato fino a 180 gradi centinaia di volte, i condensatori non hanno mostrato alcuna perdita di prestazioni. Quelli avvolti in fogli hanno mostrato una maggiore resistenza meccanica.

"Sono molto flessibili, in modo che possano essere integrati in tessuti o materiali tessili, " Dai ha detto. "Possono essere un indossabile, fonte di alimentazione flessibile per dispositivi elettronici indossabili e anche per biosensori autoalimentati o altri dispositivi biomedici, in particolare per applicazioni all'interno del corpo."

Il laboratorio di Dai è in procinto di tessere i condensatori a forma di filo in tessuto e di integrarli con un dispositivo indossabile.