De nieuwste draagbare apparaten, zoals de Galaxy Ring van Samsung en de Vision Pro van Apple, brengen de gezondheidszorg een stap verder en maken het zelfs mogelijk dat mensen virtueel kunnen werken. Gezien de kenmerken van draagbare apparaten die vereisen dat ze klein en licht van gewicht zijn, is er een onvermijdelijke beperking van de batterijcapaciteit, wat nog steeds een technische barrière vormt voor het integreren van een verscheidenheid aan functies. Om ervoor te zorgen dat draagbare apparaten hun potentieel volledig kunnen realiseren, is het noodzakelijk om een lichtere en ‘meer uit minder’ energieopslagmethode te ontwikkelen.
Een gezamenlijk onderzoeksteam onder leiding van Dr. Hyeonsu Jeong en Namdong Kim van het Center for Functional Composite Materials, Jeonbuk Branch, en Dr. Seungmin Kim van het Center for Carbon Fusion Materials heeft een vezelachtig elektrodemateriaal ontwikkeld dat energie kan opslaan. Het onderzoek is gepubliceerd in het tijdschrift Geavanceerde energiematerialen.
De vezels zijn sterk, lichtgewicht en zeer flexibel, waardoor een grotere vrijheid mogelijk is in de vormfactoren van draagbare apparaten en de mogelijkheid om in verschillende vormen en toepassingen te worden gemaakt.
Koolstofnanobuisvezels zijn flexibel, licht van gewicht en beschikken over uitstekende mechanische en elektrische eigenschappen, waardoor ze een veelbelovend materiaal zijn voor draagbare apparaten. Vanwege hun kleine specifieke oppervlak en gebrek aan elektrochemische activiteit hebben eerdere studies ze echter voornamelijk als stroomcollector gebruikt en hun oppervlak bedekt met actieve materialen.
Deze aanpak is echter niet alleen oneconomisch vanwege de hoge kosten van extra materialen en processen, maar heeft ook een grote kans op scheiding van het actieve materiaal van de vezel tijdens langdurig gebruik of fysieke vervorming.
Om dit probleem op te lossen heeft het onderzoeksteam van het Korea Institute of Science and Technology (KIST) een vezelachtig elektrodemateriaal ontwikkeld met een hoge energieopslagcapaciteit zonder de noodzaak van actieve materialen. Het team ontwikkelde koolstofnanobuisvezels met zowel elektrochemische activiteit als uitstekende fysische eigenschappen door koolstofnanobuisjes in poedervorm met zuur te behandelen en te modificeren, gevolgd door ze tot vezels te spinnen.
De gemodificeerde koolstofnanobuisvezel heeft 33 keer meer energieopslagcapaciteit, 3.3 keer meer mechanische sterkte en meer dan 1.3 keer meer elektrische geleidbaarheid dan gewone koolstofnanobuisvezels. Omdat het materiaal voor de energieopslagelektrode bovendien is ontwikkeld met alleen pure koolstofnanobuisvezels, kan het in massa worden geproduceerd met behulp van natspintechnologie.
Bij tests met vezelvormige supercondensatoren behielden ze bijna 100% van hun prestaties bij het knopen en 95% van hun prestaties na 5,000 buigtests. Ze presteerden ook goed wanneer ze in de polsbandjes van digitale horloges werden geweven met behulp van een combinatie van gewone en koolstofnanobuisvezels, nadat ze waren gebogen, gevouwen en gewassen.
Dr. Kim Seung-min van KIST zei: “We hebben bevestigd dat koolstofnanobuisjes, die onlangs weer de aandacht beginnen te trekken als geleidend materiaal voor secundaire batterijen, op een veel breder scala aan velden kunnen worden gebruikt.”
“Koolstofnanobuisvezels zijn een competitief veld omdat we over de originele technologie beschikken en er niet veel technologiekloof is met de geavanceerde landen”, zegt dr. Hyeon Su Jeong, een medeonderzoeker, en voegt eraan toe: “We zullen ons onderzoek voortzetten om dit toe te passen het als kernmateriaal voor atypische energieopslag.”
Een andere medeonderzoeker, Dr. Nam-dong Kim, zei: “We doen momenteel onderzoek om deze technologie toe te passen op glasvezelbatterijen met een hogere energiedichtheid, die verder gaat dan supercondensatoren. .”