Mikro-Superkondensatoren
Wie gedruckte Energiespeicher E-Textilien ermöglichen sollen
Eine neue Studie hat gezeigt, wie sich Mikro-Superkondensatoren mit Tintenstrahldruck auf Kleidungsstoff auftragen lassen. Dadurch soll die Stromversorgung für elektronische Textilien ermöglicht werden, was vor allem Vorteile für Gesundheitsanwendungen bringen soll.
Energiespeicher, die ultradünn, leicht und flexibel sind, könnten künftig auf Kleidung gedruckt werden, um die Stromversorgung elektronischer Textilien (E-Textilien) zu ermöglichen. Die Forschung von der Nottingham Trent University (NTU), der University of the West of England (UWE) und der University of Exeter zeigt, wie leistungsstarke Mikro-Superkondensatoren genutzt werden können, um E-Textilien auf nachhaltige Weise mit Energie zu versorgen und eine Vielzahl von Gesundheitsanwendungen zu unterstützen.
Die Entwicklung ermöglicht das Drucken von Elektroden auf den Stoff von Kleidungsstücken, um tragbare Technologien, die in die Kleidung integriert sind, mit Strom zu versorgen, während die Kleidung vollständig tragbar und waschbar bleibt. Superkondensatoren speichern Energie elektrochemisch und bieten gegenüber herkömmlichen Batterien Vorteile, wie eine schnellere Lade- und Entladegeschwindigkeit, eine längere Lebensdauer und bessere Kosteneffizienz.
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Aufgedruckte Energiespeicher
Die Studie – veröffentlicht im Journal Advanced Functional Materials – zeigt, dass das Tintenstrahldrucken ultradünner Schichten zweidimensionaler Materialien wie Graphen, Molybdändisulfid (MoS2) und hexagonalem Bornitrid (h-BN) der genaueste Weg ist, um ein geschichtetes Material, ein sogenanntes Heterostruktur, zur Herstellung eines Mikro-Superkondensators zu bilden. Zweidimensionale Materialien sind so dünn, dass sie nur aus einer einzigen Atomschicht bestehen und aufgrund ihrer Dünne einzigartige Eigenschaften besitzen.
»E-Textilien gelten allgemein als vielversprechende Gesundheitslösung, die eine unauffällige Überwachung der menschlichen Gesundheit zur Unterstützung von Diagnosen direkt vor Ort ermöglichen kann«, sagte Professor Nazmul Karim von der Nottingham School of Art & Design an der NTU, der die Studie beaufsichtigte. »Doch das Fehlen dünner und flexibler Stromquellen hat bisher die praktische Einführung solcher Produkte behindert, weshalb wir Wege entwickeln wollten, um textilbasierte Mikro-Energiespeichergeräte zu ermöglichen, die die notwendige Energie liefern. Diese Forschung könnte eine neue Ära von leistungsstarken textilbasierten Mikro-Superkondensatoren einleiten, die die zukünftigen tragbaren E-Textilien für personalisierte Gesundheitsversorgung mit Energie versorgen werden.«
Die Studie zeigt, dass das Tintenstrahldrucken die ideale, hochpräzise Methode zur Herstellung dieser Heterostrukturen ist, da es ermöglicht, Materialien am genauesten auf Substratmaterialien wie Textilien aufzubringen. Die Forscher verwendeten Graphen als Leiter, MoS2 als Halbleiter und h-BN als Isolator. Die leitfähigen Graphenschichten wurden auf der Ober- und Unterseite der Heterostruktur aufgebracht, während der Halbleiter (MoS2) und der Isolator (h-BN) in der Mitte eingeschlossen wurden.
»Wir haben festgestellt, dass das Tintenstrahldrucken die Möglichkeit bietet, hochqualitative Drucke mit scharfen Details zu erzeugen, was es zu einer idealen Wahl für eine Vielzahl von Druckanwendungen macht«, sagte Rashedul Islam, der ein Doktorat am Centre for Print Research (CFPR) der UWE Bristol abgeschlossen hat und nun als Assistenzprofessor an der Bangladesh University of Textiles (BUTEX) in Dhaka, Bangladesch, arbeitet. »Das Einfügen von MoS2 oder h-BN zwischen Graphenschichten, wie unsere Studie zeigt, verbesserte die Leistung des Mikro-Superkondensators erheblich, da die Kombination der Materialien es den Geräten ermöglicht, als Hybrid-Superkondensatoren zu fungieren. Die Studie hebt das Potenzial dieser tintenstrahlgedruckten Heterostruktur-Mikro-Superkondensatoren als eine tragfähige Energiequelle für E-Textilien hervor und ebnet den Weg für Fortschritte in der personalisierten Gesundheitstechnologie.«
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