Ученые из Городского университета Гонконга создали перезаряжаемые аккумуляторы в виде нитей, диаметр и гибкость которых сопоставимы с хлопковыми нитями. Такие аккумуляторы сохраняют большую часть емкости после тысячи сгибаний и скручиваний. Как и обычные нити, их можно сплетать в ткань, которая может питать электроэнергией носимые устройства и датчики. Исследование опубликовано в журнале ACS Nano.

Как правило, для питания умных часов, браслетов или носимых медицинских устройств используются обычные аккумуляторы, которые устанавливаются в корпус устройства. Это делает носимые устройства больше и тяжелее, но разрабатываются и другие концепции — к примеру, гибкие аккумуляторы.

Китайские ученые решили развить эту идею дальше и создали нити, которые могут служить одновременно в качестве аккумуляторов и основы для ткани одежды. Нить состоит из нескольких частей. В ее основе лежит два электрода, состоящих из множества тончайших стальных проволок. На один электрод, выступающий в качестве анода наносится слой цинка, на катод — слой гидроксида никеля и кобальта. Чтобы не использовать жидкий электролит, полученная нить покрывается слоем электропроводящего геля на основе поливинилового спирта.

Yan Huang et al. / ACS Nano, 2017

Ученые протестировали свойства полученных аккумуляторов, и их емкость оказалась равной 16,6 мА·ч/см3, что, по утверждению ученых, выше, чем у любого другого устройства хранения энергии на основе волокон или нитей. Но не менее важным свойством таких нитей является то, что их можно заплетать в ткани на обычных промышленных ткацких станках, что было продемонстрировано в работе. Исследователи также провели механические испытания, и выяснили, что аккумулятор сохраняет около 80 процентов емкости после тысячи изгибов на 95 градусов и 70 процентов после такого же количества скручиваний на 360 градусов.

Строение нити в разрезе. Yan Huang et al. / ACS Nano, 2017

Также ученые продемонстрировали некоторые потенциальные применения своей разработки, к примеру, браслет из таких нитей, энергии которого достаточно для работы фитнес-трекера. Исследователи планируют доработать технологию для дальнейшей коммерциализации — к примеру, сделать нити водозащищенными.

Пример плетения ткани из нитей-аккумуляторов с помощью обычных промышленных станков. Yan Huang et al. / ACS Nano, 2017

Недавно международная группа исследователей также представила нить для «умной одежды» на основе нанотрубок. В отличие от разработки китайских ученых, эта нить выступает в качестве генератора электрического тока, а не аккумулятора, вырабатывая ток при растяжении. А в 2015 году австралийские ученые разработали ткань на основе электропроводящего полимера, способную распознавать широкий спектр движений человеческого тела, к примеру, сгибание и разгибание колена.

Автор: Григорий Копиев