Платья, сверкающие светом сотен маленьких светодиодов, могут создавать привлекательный эффект в бальных залах или на показах мод. Но носимая электроника также может означать датчики, встроенные в функциональный текстиль, для отслеживания, например, испарения воды или изменений температуры. Системы накопления энергии, питающие такие носимые устройства, должны сочетать деформируемость с высокой емкостью и долговечностью.
Однако деформируемые электроды часто выходят из строя при длительной эксплуатации, а их емкость отстает от других современных устройств накопления энергии.
Электродные материалы обычно имеют прекрасный баланс пористости, проводимости и электрохимической активности. Материаловеды Су Чен, Гуань Ву и их команды из Нанкинского технологического университета, Китай, изучили потребности в материалах для гибких электродов и разработали пористый гибридный материал, синтезированный из двух углеродных наноматериалов и металлоорганического каркаса.
Наноуглероды обеспечивали большую площадь поверхности и отличную электропроводность, а металлоорганический каркас придавал пористую структуру и электрохимическую активность.
Чтобы сделать электродные материалы гибкими для использования в носимых предметах, микромезопористые углеродные каркасы были спрядены в волокна из термопластичной смолы с использованием инновационной выдувной прядильной машины.
Полученные волокна были спрессованы в ткань и собраны в суперконденсаторы, хотя оказалось, что еще один раунд покрытия микромезопористыми углеродными каркасами еще больше улучшил характеристики электродов.
Суперконденсаторы, изготовленные из этих электродов, были не только деформируемыми, но и могли иметь более высокую плотность энергии и большую удельную емкость, чем сопоставимые устройства. Они были стабильны и выдержали более 10 000 циклов заряда-разряда.
Ученые также протестировали их в практических приложениях, таких как интеллектуальное переключение цвета светодиодов в платьях и питание электронных устройств, встроенных в функциональную одежду, с помощью солнечных батарей.
Авторы отметили, что микрожидкостный капельный синтез является ключом к улучшению характеристик электродных материалов для носимой электроники.
Они утверждали, что все дело в настройке идеальной пористой наноструктуры.