신축성 있는 마이크로 슈퍼커패시터 자가 전력 웨어러블 장치

웨어러블 및 신축성 있는 건강 모니터링 및 진단 장치를 구동하는 배터리 및 슈퍼커패시터의 현재 버전은 에너지 밀도가 낮고 신축성이 제한되는 등 많은 단점이 있습니다.

배터리의 대안인 마이크로 슈퍼커패시터는 웨어러블 장치에서 리튬 이온 배터리를 보완하거나 대체할 수 있는 에너지 저장 장치입니다. 마이크로 슈퍼커패시터는 설치 공간이 작고 전력 밀도가 높으며 빠르게 충전 및 방전할 수 있습니다. 그러나 웨어러블 장치용으로 제작할 때 기존의 마이크로 슈퍼커패시터는 웨어러블 전자 장치와 결합할 때 낮은 유연성, 긴 이온 확산 거리 및 복잡한 통합 프로세스를 나타내는 "샌드위치와 같은" 적층 구조를 갖습니다.

연구원들은 웨어러블 장치에서 마이크로 슈퍼 커패시터의 사용을 발전시키기 위해 대체 장치 아키텍처와 통합 프로세스를 개발했습니다. 그들은 마이크로 슈퍼커패시터 셀을 구불구불한 섬 브리지 레이아웃으로 배열하면 구성이 브리지에서 늘어나거나 구부러지는 동시에 마이크로 슈퍼커패시터(섬)의 변형을 줄일 수 있다는 것을 발견했습니다. 이 구조가 결합되면 연구자들이 마이크로 슈퍼커패시터 어레이라고 부르는 것이 됩니다. 셀을 연결할 때 아일랜드 브리지 디자인을 사용함으로써 마이크로 슈퍼커패시터 어레이는 증가된 신축성을 나타내고 조정 가능한 전압 출력을 허용하여 시스템을 최대 100%까지 가역적으로 늘릴 수 있습니다.

세포의 섬 브리지 디자인을 구성하기 위해 비층, 초박형, 아연-인 나노시트와 3D ​​레이저 유도 그래핀 폼(고다공성, 자체 발열 나노 재료)을 사용하여 팀은 전기 전도도의 급격한 개선을 확인했습니다. 및 흡수된 전하 이온의 수. 이는 이러한 마이크로 슈퍼커패시터 어레이가 효율적으로 충전 및 방전할 수 있고 웨어러블 장치에 전력을 공급하는 데 필요한 에너지를 저장할 수 있음을 입증했습니다.

연구원들은 또한 시스템을 마찰전기 나노발전기와 통합했는데, 이는 기계적 움직임을 전기 에너지로 변환하는 새로운 기술입니다. 이 조합은 자체 전원 시스템을 만들었습니다. 마찰전기 나노발전기를 기반으로 하는 무선 충전 모듈을 사용하면 팔꿈치를 구부리거나, 숨을 쉬고, 말하는 것과 같은 동작을 기반으로 에너지를 수확할 수 있습니다.

이 통합 시스템을 그래핀 기반 스트레인 센서와 결합함으로써 마찰전기 나노 발전기에 의해 충전된 에너지 저장 마이크로 슈퍼커패시터 어레이가 센서에 전력을 공급할 수 있습니다.