تعمل أحدث الأجهزة القابلة للارتداء، مثل Galaxy Ring من سامسونج وVision Pro من Apple، على الارتقاء بالرعاية الصحية إلى مستوى أعلى، بل وتمكين الأشخاص من العمل افتراضيًا. ونظرًا لخصائص الأجهزة القابلة للارتداء والتي تتطلب أن تكون صغيرة وخفيفة الوزن، هناك قيود لا مفر منها على سعة البطارية، ولا تزال تمثل عائقًا تقنيًا أمام دمج مجموعة متنوعة من الوظائف. لكي تحقق الأجهزة القابلة للارتداء إمكاناتها بالكامل، من الضروري تطوير طريقة أخف لتخزين الطاقة و"أكثر من أقل".
قام فريق بحث مشترك بقيادة الدكتور هيونسو جيونج ونامدونج كيم من مركز المواد المركبة الوظيفية، فرع جيونبوك، والدكتور سيونجمين كيم من مركز مواد اندماج الكربون بتطوير مادة قطب كهربائي تشبه الألياف يمكنها تخزين الطاقة. يتم نشر البحث في المجلة مواد الطاقة المتقدمة.
وتتميز الألياف بأنها قوية وخفيفة الوزن ومرنة للغاية، مما يتيح قدرًا أكبر من الحرية في عوامل شكل الأجهزة القابلة للارتداء والقدرة على تصنيعها في أشكال وتطبيقات مختلفة.
تتميز ألياف الأنابيب النانوية الكربونية بالمرونة، وخفيفة الوزن، وتمتلك خصائص ميكانيكية وكهربائية ممتازة، مما يجعلها مادة واعدة للأجهزة القابلة للارتداء. ومع ذلك، نظرًا لصغر مساحة سطحها المحددة ونقص النشاط الكهروكيميائي، فقد استخدمتها الدراسات السابقة بشكل أساسي كمجمع تيار وغطت سطحها بالمواد النشطة.
ومع ذلك، فإن هذا النهج ليس غير اقتصادي فقط بسبب التكلفة العالية للمواد والعمليات الإضافية، ولكن لديه أيضًا احتمال كبير لفصل المادة النشطة عن الألياف أثناء الاستخدام طويل المدى أو التشوه الجسدي.
ولحل هذه المشكلة، قام فريق البحث التابع للمعهد الكوري للعلوم والتكنولوجيا (KIST) بتطوير مادة قطب كهربائي ليفية ذات قدرة تخزين عالية للطاقة دون الحاجة إلى مواد نشطة. قام الفريق بتطوير ألياف أنابيب الكربون النانوية ذات النشاط الكهروكيميائي والخواص الفيزيائية الممتازة عن طريق معالجة الأحماض وتعديل أنابيب الكربون النانوية على شكل مسحوق، يليها غزلها إلى ألياف.
تتمتع ألياف أنابيب الكربون النانوية المعدلة بقدرة تخزين طاقة أكبر بـ 33 مرة، وقوة ميكانيكية أكبر بـ 3.3 مرة، وموصلية كهربائية أكثر بـ 1.3 مرة من ألياف أنابيب الكربون النانوية العادية. علاوة على ذلك، بما أن مادة القطب الكهربائي لتخزين الطاقة تم تطويرها باستخدام ألياف الأنابيب النانوية الكربونية النقية فقط، فيمكن إنتاجها بكميات كبيرة باستخدام تقنية الغزل الرطب.
عند اختبارها باستخدام مكثفات فائقة على شكل ألياف، احتفظت بما يقرب من 100% من أدائها عند عقدها و95% من أدائها بعد 5,000 اختبار ثني. كما كان أداؤها جيدًا أيضًا عند نسجها في أحزمة معصم الساعات الرقمية باستخدام مزيج من الألياف العادية وألياف الأنابيب النانوية الكربونية، بعد ثنيها وطيها وغسلها.
وقال الدكتور كيم سيونج مين من KIST: "لقد أكدنا أن أنابيب الكربون النانوية، التي بدأت مؤخرًا في جذب الانتباه مرة أخرى باعتبارها مادة موصلة للبطاريات الثانوية، يمكن استخدامها في نطاق أوسع بكثير من المجالات".
وقال الدكتور هيون سو جيونج، الباحث المشارك: "إن ألياف الأنابيب النانوية الكربونية مجال تنافسي لأننا نمتلك التكنولوجيا الأصلية ولا توجد فجوة تكنولوجية كبيرة مع الدول المتقدمة"، مضيفًا: "سنواصل أبحاثنا لتطبيقها". إنها مادة أساسية لتخزين الطاقة غير التقليدية.
وقال باحث مشارك آخر، الدكتور نام دونج كيم: «نجري حاليًا بحثًا لتطبيق هذه التقنية على بطاريات من النوع الليفي ذات كثافة طاقة أعلى، تتجاوز المكثفات الفائقة. ".