Superkondenzátory z MXenů pro nositelná zařízení

Jako nositelná elektronika (Wearable Electronics) se označují zařízení, která jsou uzpůsobená pro nošení na těle člověka nebo v jeho oblečení. Jednou z velkých konstrukčních obtíží je napájení pro tyto zařízení, do budoucna se počítá např. s různými typy triboelektrických generátorů, ale ty zatím nejsou k dispozici, alespoň ne v rozumné cenové hladině.

Zajímavou možností je využití superkondenzátorů, tyto součástky je možné nabíjet výrazně rychleji než chemické akumulátory a nejsou tak náchylné na degradaci. Aby je bylo možné využít u tohoto typu elektroniky, je nutné aby byly dostatečně lehké a flexibilní. Toho je možné dosáhnout pomocí MXenů.[1,2] To jsou dvourozměrné materiály, nejčastěji karbidy, nitridy nebo karbonitridy.[3] Jejich obecný vzorec je Mn+1XnTx, kde n je 1-4, M je přechodný kov, X je uhlík nebo dusík a Tx je koncová skupina na povrchu (O, OH nebo F).

Na rozdíl od jiných materiálů, mají MXeny výhodu v tom, že je lze dispergovat ve vodě a impregnovat jimi textil. Vlastní superkondenzátor je pak vyroben z měděných elektrod, mezi nimiž jsou vrstvy textilu impregnovaného MXenem, čistéh textilu a vhodného elektrolytu.

Prekurzorem pro přípravu MXenu byla vrstevnatá sloučenina označovaná jako MAX, jdem o vrstvy MXenu propojené ionty hliníku. Ta byla připravena mechanochemicky, mletím směsi práškového karbidu titanu (TiC), titanu a hliníku. Hliník byl poté odleptán působením kyseliny chlorovodíkové a poté fluorovodíkové.

Příprava MXenů z MAX. Zdroj: Prussianblue1403/Wikipedie

Elektrolyt byl vyroben zahříváním směsi LiCl, vody a polyvinylalkoholu.

Takto vyrobený superkondenzátor zvládl napájet Arduino Pro Mini 3,3V, které každých 30 sekund odesílal teplotu, po dobu 96 minut. Tuto kapacitu si udržel po dobu 20 dní.

Arduino Pro Mini 3,3V. Zdroj: Matt Mechtley/Commons

V současnosti je napájení nositelných zařízení realizován hlavně lithiovými akumulátory, jejich vlastnosti ale nejsou pro tyto účely úplně ideální. Textilní superkondenzátory by mohly být cestou, jak tyto zařízení zdokonalit.

Odkazy

  1. Wearable energy storage with MXene textile supercapacitors for real world use
  2. Powering wearable technology with MXene textile supercapacitor ‚patch‘
  3. MXenes

Leave a Reply

Tato stránka používá Akismet k omezení spamu. Podívejte se, jak vaše data z komentářů zpracováváme..