Gli ultimi dispositivi indossabili, come il Galaxy Ring di Samsung e il Vision Pro di Apple, stanno portando l’assistenza sanitaria un ulteriore passo avanti e consentendo persino alle persone di lavorare virtualmente. Date le caratteristiche dei dispositivi indossabili che richiedono che siano piccoli e leggeri, c’è un’inevitabile limitazione sulla capacità della batteria, che rappresenta ancora una barriera tecnica all’incorporazione di una varietà di funzioni. Affinché i dispositivi indossabili possano realizzare appieno il loro potenziale, è necessario sviluppare un metodo di stoccaggio dell'energia più leggero e "più con meno".
Un gruppo di ricerca congiunto guidato dal Dr. Hyeonsu Jeong e Namdong Kim del Center for Functional Composite Materials, Jeonbuk Branch, e dal Dr. Seungmin Kim del Center for Carbon Fusion Materials ha sviluppato un materiale per elettrodi simile a una fibra in grado di immagazzinare energia. La ricerca è pubblicata sulla rivista Materiali energetici avanzati.
Le fibre sono resistenti, leggere e altamente flessibili, consentendo una maggiore libertà nei fattori di forma dei dispositivi indossabili e la possibilità di essere trasformati in varie forme e applicazioni.
Le fibre di nanotubi di carbonio sono flessibili, leggere e possiedono eccellenti proprietà meccaniche ed elettriche, che le rendono un materiale promettente per i dispositivi indossabili. Tuttavia, a causa della loro piccola superficie specifica e della mancanza di attività elettrochimica, studi precedenti li hanno utilizzati principalmente come collettori di corrente e hanno rivestito la loro superficie con materiali attivi.
Tuttavia, questo approccio non solo è antieconomico a causa dell'elevato costo di materiali e processi aggiuntivi, ma presenta anche un'elevata probabilità di separazione del materiale attivo dalla fibra durante l'uso a lungo termine o di deformazione fisica.
Per risolvere questo problema, il gruppo di ricerca del Korea Institute of Science and Technology (KIST) ha sviluppato un materiale per elettrodi fibroso con elevata capacità di accumulo di energia senza la necessità di materiali attivi. Il team ha sviluppato fibre di nanotubi di carbonio con attività elettrochimica ed eccellenti proprietà fisiche trattando con acido e modificando i nanotubi di carbonio sotto forma di polvere, per poi trasformarli in fibre.
La fibra di nanotubi di carbonio modificata ha una capacità di accumulo di energia 33 volte maggiore, una resistenza meccanica 3.3 volte maggiore e una conduttività elettrica oltre 1.3 volte maggiore rispetto alle normali fibre di nanotubi di carbonio. Inoltre, poiché il materiale dell’elettrodo di accumulo dell’energia è stato sviluppato utilizzando solo fibre di nanotubi di carbonio puro, può essere prodotto in serie utilizzando la tecnologia di filatura a umido.
Quando testati con supercondensatori a forma di fibra, hanno mantenuto quasi il 100% delle loro prestazioni quando annodati e il 95% delle loro prestazioni dopo 5,000 test di flessione. Hanno funzionato bene anche se intrecciati nei cinturini da polso degli orologi digitali utilizzando una combinazione di fibre normali e di nanotubi di carbonio, dopo essere stati piegati, piegati e lavati.
Il dottor Kim Seung-min del KIST ha dichiarato: “Abbiamo confermato che i nanotubi di carbonio, che recentemente hanno iniziato ad attirare di nuovo l’attenzione come materiale conduttivo per le batterie secondarie, possono essere utilizzati in una gamma molto più ampia di campi”.
“La fibra di nanotubi di carbonio è un campo competitivo perché disponiamo della tecnologia originale e non c’è molto divario tecnologico con i paesi avanzati”, ha affermato il dottor Hyeon Su Jeong, un co-ricercatore, aggiungendo: “Continueremo la nostra ricerca per applicare come materiale di base per l’immagazzinamento di energia atipico”.
Un altro co-ricercatore, il dottor Nam-dong Kim, ha dichiarato: “Stiamo attualmente conducendo ricerche per applicare questa tecnologia a batterie di tipo fibra con una maggiore densità di energia, andando oltre i supercondensatori. .”