Die neuesten tragbaren Geräte wie Samsungs Galaxy Ring und Apples Vision Pro gehen im Gesundheitswesen einen Schritt weiter und ermöglichen es den Menschen sogar, virtuell zu arbeiten. Angesichts der Eigenschaften tragbarer Geräte, die eine geringe Größe und ein geringes Gewicht erfordern, ist die Batteriekapazität zwangsläufig begrenzt und stellt immer noch ein technisches Hindernis für die Integration verschiedener Funktionen dar. Damit tragbare Geräte ihr Potenzial voll ausschöpfen können, ist die Entwicklung einer leichteren und „mehr aus weniger“-Energiespeichermethode erforderlich.
Ein gemeinsames Forschungsteam unter der Leitung von Dr. Hyeonsu Jeong und Namdong Kim vom Center for Functional Composite Materials, Jeonbuk Branch, und Dr. Seungmin Kim vom Center for Carbon Fusion Materials hat ein faserartiges Elektrodenmaterial entwickelt, das Energie speichern kann. Die Forschung wird in der Zeitschrift veröffentlicht Fortschrittliche Energiematerialien.
Die Fasern sind stark, leicht und hochflexibel und ermöglichen eine größere Freiheit bei den Formfaktoren tragbarer Geräte sowie die Möglichkeit, sie in verschiedene Formen und Anwendungen zu bringen.
Kohlenstoffnanoröhrenfasern sind flexibel, leicht und verfügen über hervorragende mechanische und elektrische Eigenschaften, was sie zu einem vielversprechenden Material für tragbare Geräte macht. Aufgrund ihrer geringen spezifischen Oberfläche und mangelnder elektrochemischer Aktivität wurden sie in früheren Studien jedoch hauptsächlich als Stromkollektor eingesetzt und ihre Oberfläche mit aktiven Materialien beschichtet.
Allerdings ist dieser Ansatz nicht nur aufgrund der hohen Kosten für zusätzliche Materialien und Prozesse unwirtschaftlich, sondern birgt auch eine hohe Wahrscheinlichkeit einer Ablösung des aktiven Materials von der Faser bei Langzeitgebrauch oder physikalischer Verformung.
Um dieses Problem zu lösen, entwickelte das Forschungsteam des Korea Institute of Science and Technology (KIST) ein faseriges Elektrodenmaterial mit hoher Energiespeicherkapazität, ohne dass aktive Materialien erforderlich sind. Das Team entwickelte Kohlenstoffnanoröhrenfasern mit sowohl elektrochemischer Aktivität als auch hervorragenden physikalischen Eigenschaften, indem es pulverförmige Kohlenstoffnanoröhren mit Säure behandelte und modifizierte und sie anschließend zu Fasern versponnen hat.
Die modifizierte Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Faser verfügt über eine 33-mal höhere Energiespeicherkapazität, eine 3.3-mal höhere mechanische Festigkeit und eine mehr als 1.3-mal höhere elektrische Leitfähigkeit als gewöhnliche Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Fasern. Da das Energiespeicher-Elektrodenmaterial ausschließlich unter Verwendung reiner Kohlenstoff-Nanoröhrenfasern entwickelt wurde, kann es darüber hinaus mithilfe der Nassspinntechnologie in Massenproduktion hergestellt werden.
Beim Test mit faserförmigen Superkondensatoren behielten sie im geknoteten Zustand fast 100 % ihrer Leistung und nach 95 Biegetests 5,000 % ihrer Leistung. Sie funktionierten auch gut, wenn sie mit einer Kombination aus normalen Fasern und Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Fasern in die Armbänder von Digitaluhren eingewebt wurden, nachdem sie gebogen, gefaltet und gewaschen wurden.
Dr. Kim Seung-min von KIST sagte: „Wir haben bestätigt, dass Kohlenstoffnanoröhren, die seit kurzem wieder Aufmerksamkeit als leitfähiges Material für Sekundärbatterien erregen, in einem viel breiteren Spektrum von Bereichen eingesetzt werden können.“
„Kohlenstoff-Nanoröhrenfasern sind ein Wettbewerbsfeld, weil wir über die ursprüngliche Technologie verfügen und es keinen großen Technologieunterschied zu Industrieländern gibt“, sagte Dr. Hyeon Su Jeong, ein Co-Forscher, und fügte hinzu: „Wir werden unsere Forschung fortsetzen, um sie anzuwenden.“ es als Kernmaterial für atypische Energiespeicher.“
Ein weiterer Co-Forscher, Dr. Nam-dong Kim, sagte: „Wir führen derzeit Forschungen durch, um diese Technologie auf Faserbatterien mit höherer Energiedichte anzuwenden, die über Superkondensatoren hinausgehen.“ .“