התקדמות ב מקורות כוח גמישים ומתחרים למכשירים לבישים

הגדלה צריכה כוח גמיש בלבושות

הטכנולוגיה לבישת עברה הרבה מעבר לעקבי כושר פשוטים.היום, שעונים חכמים לפקח על קצב הלב, כתמים רפואיים מספקים תרופות, ולבוש חכם עוקב אחר יציבה ופעילות שרירים.כפי שהמכשירים האלה הופכים משולבים יותר בחיי היומיום, הביקוש למקורות כוח שיכולים להיות nd, מעוותים, למתוח מבלי לאבד ביצועים מתוחים יותר סוללות קשיחות הם מתאימים ליישומים קרובים לעור או לטקסטיל, שם נוחות, ומגבלות אנרגיה מתוחכמות באמת, הן גמישות, הן יכולות מתוחכמות, וגמישות, החלות, הן יכולות גמישות, הן מגבלות אנרגיה, והן גמישות, והן יכולות גמישות, והן יכולות גמישות, והן יכולות להיות גמישות, והן עמידות, והן גמישות, והן מגבלות אנרגיה מתוחכמות, והן עמידות, והן עמידות, והן עמידות, הן מגבלות מהירות יותר, והן יכולות מתוחכמות, והן עמידות, והן יכולות גמישות, והן עמידות, והן יכולות גמישות, והן יכולות גמישות, והן יכולות גמישות, והן יכולות גמישות, והן יכולות גמישות, והן יכולות להיות גמישות, סוללות מתוחות, והן יכולות להיות גמישות, והן יכולות להיות גמישות, והן יכולות להיות גמישות, סוללות מתוחכמות, סוללות מתוחכמות, והן יכולות להיות גמישות, והן יכולות לסוללות מהירות יותר, והן יכולות להיות גמישות, והן יכולות להיות גמישות, והן יכולות להיות גמישות, והן יכולות אנרגיה מתוחכמות, והן גמישות

הדרישה העיקרית לכל מקור כוח לביש היא היכולת לעמוד בעיוות מכני חוזר תוך שמירה על פלט יציב.מכשירים עשויים להיות מקופלים, מקודמים, מתוחים על ידי יותר מ-50% מהאורך המקורי שלהם, או חשופים לאלפים של מחזורים מכוונים. החוקרים עומדים באתגרים אלה עם חומרים חדשים, אדריכלות חכמה ותהליכי ייצור מדרגים.

מקורות אנרגיה גמישים ומתחים

מקורות אנרגיה גמישים ומתחים נופלים לשלוש קטגוריות רחבות: סוללות, supercapacitors, ו לקצור אנרגיה.כל סוג יש יתרונות נפרדים והוא מתאים לתרחישים שונים שניתן ללבוש.

סוללות גמישות

סוללות גמישות נועדו לאחסן אנרגיה תוך התאמה משטחים מעוקלים או נעים.הגישה הנפוצה ביותר משתמשת (FLT:0lithium-ionכימיה-ionכימיה ionFLT:1 עם אריזה גמישה אלקטרודות.לדוגמה, FLT:2lithium-polymer סוללות FLT 3: להשתמש ג'ל אלקטרוליט שניתן לכופף ללא סדקים מתקדמים יותר: 4, 000 אלקטרוליטים, שיפור קרמיקה, או קרמיקה, עם סוללות דליפה אלקטרוליטנטיות, עם קרמיקה, או קרמיקה, עם קרמיקה, או קרמיקה, עם סיכון אלקטרוליטקטיבית, או קרמיקה, קרמיקה, קרמיקה, עם אלקטרוליטקטיבית, 000 קרמיקה, עם קרמיקה, 000 קרמיקה, עם קרמיקה, 000 מוצקה, 000 קרמיקה, 000 קומפקטיתיקים אלקטרוליטקטיבית, 000 קרמיקה, 000 סוללת אלקטרוליטקטיבית, 000 סוללת אלקטרוליטקטיבית, אשר יכול להיות מנקה, אשר יכול להיות סוללת אלקטרוליטקטיבית, 000 קומפקטית קומפקטית, 000 קומפקטית, 000 קומפקטית, 000 קומפקטית, 000 סוללת אלקטרוליטקטיבית, 000 קומפקטית, 000 קומפקטית, 000 סוללת אלקטרוליט

סוללות דק-סרט, שבוצעו לעתים קרובות על ידי להפקיד שכבות של אלקטרודה אלקטרוליט על תת-שכבות גמישות כמו פולימד או PET, הן בין האפשרויות הדקות - פחות ממילימטר אחד עבה. סוללות אלה ניתן לשלב ישירות אל כתמים חכמים או להקות חיישן.דפסת סוללות הם עוד גרסה מבטיחה, באמצעות דיוג'ט או הדפסה מסך כדי להפקיד חומרים פעילים על גבי בדפס או על גבי מוצרי פלסטיק.

סוללות מתמתחות דורשות הנדסה נוספת לשמור על מוליכות תחת מתח.אסטרטגיות כוללות חיבורים נחשין (קווים מתכתיים מתרבים כאשר מתוחים), אלקטרודות מתקפלות, והשימוש ב-FLT:0liquid מתכות מפוארות FLT:1 כגון לימוזינה אטומה (EGain) כאספןים עכשוויים.

Supercapacitors

(סופרcapacitors מציעים צפיפות גבוהה כוח מחזורי טעינה מהירה, מה שהופך אותם אידיאליים עבור התפרצויות קצרות של אנרגיה - למשל, כוח שידור נתונים אלחוטיים חיישן בעל יכולת עששת, חומרים המבוססים על פחמן (פחמן nanotubes, גרפן, פחמן מופעל) בשילוב עם פולימרים אלסטיים.

עיצוב חדשני אחד משתמש ב-FLT:0.CNT yarnsveFLT:1 , מעוות לתוך סלילים שניתן למתוח כמו מעיינות. גישה אחרת מעסיקה FLT:2MXenesFLT 3: 3 - שיעור של שתי סוללות מתכת מעבר תלת מימדיים - המספקים לעתים קרובות מאוד קיבולים גבוהים של חוקרים באוניברסיטת דרטקסל יש MXenes-capcaping אלקטרו-captor כי הם לעתים קרובות יותר מאשר קיבולת גבוהה של מחזורי אנרגיה, 000.

אנרגיה גמישה

יבולי אנרגיה להמיר אנרגיה (חום, חום, אור) לחשמל, עלולים לחסל את הצורך סוללות בכמה מישולים.שלוש הסוגים הנפוצים ביותר עבור יישומים גמישים הם FLT:0triboelectric nanogenerators (TENGs)reaFLT:1, FLT:2piezoelectric גנרטורים FLT 3, ו-LT:4moelectricthers (TEGLTs)5GLTs:

(FLT:0)Triboelectric nanogenerators FIRLT:1) לסמוך על אפקט אלקטרוניקה מגע: כאשר שני חומרים שונים לשפשף יחד, עלויות פני השטח לבנות ויכולים להיות מקצרים כמו הנוכחי. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ⁇

(FLT:0) חומרים נאו-אלקטריים (FLT:1), כגון פוליווינילidene fluoride (PVDF) או ננו-חוטי אבץ, ליצור מתח כאשר הם מפורקים באופן מכני.סרטים גמישים הם בשימוש ב-FLT:2 Energy-harvesting fabricsFLT:3 אשר להמיר את הגוף לתוך חשמל ג'ורג'יה טק ישארו סיבים חשמליים לציפורניים.

(FLT:0) גנרטורים תרמואלקטריים גמישים (FLT:1) לנצל את אפקט Seebeck כדי להמיר את ההבדלים בטמפרטורות (למשל, בין עור ואוויר ממריץ) למתח.ההתפתחויות האחרונות בFLT:2 אורגני חומרים thermoelectricalratedFLT 3 כמו PEDOT:PS ו-Nanotube סרטים יצרו TEGs שניתן ליישם ישירות לעור - אם כי הוא רק לרמה מיקרו-אט מתאימה.

חומרים וטכנולוגיות נהיגה חדשנות

הביצועים של מקורות כוח גמישים נקבעים בסופו של דבר על ידי החומרים המשמשים. קטגוריות חומר מפתח כוללות פולימרים מוליכים, מתכות נוזליות, ננו-חומרים, ו substrates מתוחים - כל אחד מציע יתרונות ספציפיים.

פולימרים

(ב) ,5 ;0) ,(FLT:0) ,PEDOT:PSSIRFIRLT:1 (poly(3,4-ethylenelenelenedioxythiophene): sulfonate sulfonate) משלב מוליכות חשמלית גבוהה עם גמישות מכנית (F) ניתן לעבד כמו דיובים או סרטים, וכעת נפוץ ב- supercapaciacidicesives ו-Fericdes.

מתכת נוזלית

(FLT:0) חומרת גליום-indium (EGaInve) 1 הוא מתכת נוזלית בטמפרטורה בחדר עם מוליכות חשמלית גבוהה אפס רעילות (ללא כספית) ניתן מוזרק למיקרו-ערוצים בתוך פולימרים אלסטיים אלסטיים כדי ליצור חוטים מתוחים וחיבורים נוזליים הם בעלי ערך מיוחד עבור סוללות מתוחות ו supercapacitors כי הם ממשיכים להיות קיבולת גבוהה יותר מאשר לפתח טכניקות מטבוליות.

ננו-חומרים: פחמן ננופס, Graphene ו- MXenes

(הופנה מהדף ⁇ ) ,(Nol) ,(Normaterials) הפך להיות סוסי העבודה של אחסון אנרגיה גמישה (FLT:1 ס"מ) ניתן לחדור אל תוך יונקים או סדינים שפועלים כאלקטרודות עם שטח משטח גבוה ומוליכים מעולה (FLT) דיווחו על חומרים מוגזים (2GrapheneFLT 3), פחמן חד-אטומי חד-אטומי, מציע גם שכבת אלקטרו-ממדית גבוהה יותר (Flasterd) ו-מפרקים (Flastercd) 2.

גוף גדל של מחקר משתמש בחומרים היברידיים: לדוגמה, FLT:0CNT-graphene aerogelsFLT:1 בשילוב עם פולימרים מוליכים לייצר אלקטרודות שנותרו יציבים לאחר אלפי מחזורים מתוחים.

צוללות ו- Encapsulants

הבסיס של כל מכשיר גמיש הוא תת-קרקעי:0PDMSFLT:1 (Slicone elastomer) משמש נרחב כי הוא שקוף, ביו-אי-תואמים, ויכול למתוח כמה פעמים את אורך המקורי שלו.

⁇ היא קריטית להגן על חומרים פעילים מפני לחות, חמצן, וסטרס מכני.FLT:0Parylene-CFLT:1 (ציפוי פולימר) ו-FLT:2polyimideFLT 3: הם מורדים נפוצים המספקים מחסום, בעודם רזים וגממים.

טכניקות ייצור סקאלה

המעבר מאבי אבטיפוס במעבדה למוצרים מסחריים דורש שיטות ייצור מהירות, זולות, ותואמים לייצור אלקטרוניקה קיים.כמה טכניקות מותאמות למקורות חשמל גמישים.

צילום מסך ו-Inkjet Printing

שיטות הדפסה הפיקו חומרים פעילים ישירות על תת-שכבות גמישות באמצעות דיובים מוליכים:0Screen PrintcioFLT:1 משמש עבור שכבות עבות יותר ואזורים גדולים יותר - מתאים לאלקטרודות סוללות וסרטים supercapacitor.

3D הדפסה

(ב) ו[ה][דרוש מקור] [ה]] [ה]] [ה[[המאה ה-1], ו[ה]] ל[[1924]], [[המאה ה-1]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[[[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] ו[[[[1924]]]]]] [[[[1924]]]]]]]] [[[[[[[[[[1924]]

לייזר-Induced Graphene (LIG)

שיטה מבטיחה במיוחד משתמשת לייזר CO2 להמיר גלידות פולימיידי לתוך גרפן ⁇ .התוצאה היא ⁇ :0laser המושרה גרנוFLT:1 הוא מאוד התנהגותי, חזק מכני, והוא יכול להיות דפוס ישירות. LIG יוצר חומר אלקטרודה עבור supercapacitors גמיש ואפילו סוללות ליתיום-יון.

הדפסה וגלגל-to-Roll

(FLT:0) הדפסה הדפסה של ההרחבה של ההרחבה: 1 (FLT:0) כוללת חומרים פעילים גוברים על תת-קרקעיים נוקשים, ולאחר מכן מקלפים אותם והעברתם אותם אל פני השטח הגמיש.טכניקה זו משמשת לסרטי גרפן איכותיים ורשתות CNT.עבור ייצור בנפח גבוה, FLT:2roll-to-roll (R2R) לעיבוד: 3, נבנה על גבי רשתות גמישות, כבר כדי לייצר סוללות סופר-סרטים וניתן להשתמש בהן.

יישומים אמיתיים ומקריות

מקורות כוח גמישים עברו מהרעיון לא-טיפוס במספר תחומים של יישומים.

חיישנים מותאמים ללחיות

(CGMs) לפקחי גלוקוז רצופים (CGM) עבור ניהול סוכרת עכשיו להשתמש סוללות גמישות התואמים את העור.The FLT:0FreeStyle LibreveFLT:1 (Abbott) חיישן מופעל על ידי תא מטבע דק, אבל גרסאות הדור הבא נועדו לשלב סוללות מתוחות לחיים ארוכים יותר ולנוחות גבוהה יותר.

בגדים חכמים ולבוש חכם

חברות כמו FLT:0 רנ"ל לורן אדרן 1RFLT ו-FLT:2 גוגל מנדט 3 (Project Jacquard) הוכיחו מעילים שיכולים לשלוט במוזיקה באמצעות מגע - אבל אלה עדיין משתמשים סוללות קשיחות קטנות מוסתרות בכיסים.טקסטים עתידיים סיליקון מחסנים וקציני אנרגיה מתוחים ישירות לתוך החוקרים במרקם של שנגחאי שנוצרו מחשמלי סיליקון מחשמלי סיליקון.

רובוטית רכה ונשטבת

סוללות מתמתחות הן חיוניות עבור רובוטי FLT:0 רכה רובוטית 1 (FLT:0) אשר מחקים תנועות ביולוגיות. A 2023 מחקר על ידי אוניברסיטת טוקיו שילב סוללה ליתיום ארוך טווח לתוך רובוט רך דמוי דגים, המאפשר לו לשחות באופן אוטונומי למשך שעתיים. עבור שתלים רפואיים (למשל, קצב לב), סוללות גמישות להפחית נזק לרקמות ולאפשר עטוף סביב איברים בסוללה שפותחה באוניברסיטת אוסטין לאחר סוללת טרמפולינה.

אתגרים ומגבלות

למרות התקדמות מהירה, כמה מכשולים נותרו לפני מקורות כוח גמישים להיות כל כך חיוני ללבוש.

1. (FLT:0) צפיפות אנרגיה לעומת גמישות מסחר-off:cioFLT ( 1:1) עיצובים גמישים ומתחים להקריב באופן חד-משמעי נפח חומר פעיל - המוביל לדחיסות אנרגיה נמוכה יותר בהשוואה סוללות קשיחות. סוללות ליתיום-יון הנוכחי להשיג רק 50-100 Wh / ק"ג, פחות ממחצית מחומרי לי-יון קונבנציונליים חדשים במשקל גבוה ואריזות הם נחוצים.
2. (FLT:0)Cycling יציבות תחת לחץ מכני: ההרחבה:1) חוזרת על כוורת ו מתיחה גורמת מיקרו-קracks בשכבות אלקטרודה, עלייה בהתנגדות וצמצום היכולת.מרבית הבדיקות במעבדה מדווחים פחות מ-500 מחזורים לסוללות מתוחכמות - הרבה פחות מדרישות מסחריות (500+ מחזורים).
3. סוללות גמישות מבוססות ליתיום עדיין מכילות אלקטרוליטים דליקים ואמינות: אריזה מתוחה חייבת למנוע דליפות ובעירה כאשר מקודמת. Solid-state אלקטרוליטים מציעים בטיחות משופרת אבל כרגע יש מוליכות אלקטרוטונית נמוכה יותר.
4. (FLT:0) אינטגרציה וחיבור: FIRLT:1 ; חיבור מקורות כוח גמישים לצ'יפס נוקשה על אותה תת-קרקעית יוצר נקודות ריכוז מתוחכמות.
5. (FLT:0)איכותיות ועלויות:FLT:1ir חומרים מתקדמים רבים כמו MXenes ו- CNTs באיכות גבוהה יקרים לייצר שיטות ייצור כגון גרפן מונע לייזר עדיין לא תואמות ייצור R2R בנפח גבוה עבור מכשירים גדולים.

כיוונים עתידיים ומחקרים עתידיים

גל החדשנות הבא יתמודד עם האתגרים הנ"ל וידחוף את הגבולות של מה שמקורות כוח עונדים יכולים לעשות.

חומרי ההולכה עצמית

החוקרים מפתחים רשתות פולימרים שיכולות להישבר לאחר שנקטעו או נפצחו.לדוגמה, כך דווח על כך ש-FLT:0) על סוללות ליתיום-יון-יון-יון-יון-הון (FLT) 1:1 בהתבסס על קיבולת פוליאורתאן אלקטרוליטטה (FLT:2 NatureFLT) (2022): לאחר שהפכה לקשה, היא התאוששה 92% מיכולתה הראשונית בתוך 10 דקות של כוח כזה.

Biodegradable ו-Bio-Integrated Power

עבור שתלים רפואיים זמניים וקיימות סביבתית, FLT:0biodegradable סוללות 1FLT 1 עשוי מ cellulose, מגנזיום, אבץ הם בפיתוח.האוניברסיטה של אילינוי הוכיח סוללה שניתן נספגת על ידי הגוף לאחר 30 ימים, בדומה, FLT:2bioדלק תאים FLT:3 באמצעות זיעה כדי לייצר כוח משולבים עם אלקטרודות גמישות - למרות עדיין מוגבל מיקרואט.

מערכות היברידיות וניהול אנרגיה

מערכות הכוח המעשיות ביותר של בעלי חיים ישלבו סוללה לאספקה קבועה עם supercapacitor עבור התפרצויות וציר אנרגיה עבור טעינה מסובבת. גמישותFLT:0 כוח ניהול ICsuaFLT:1 (PMICs) כי ניתן לכופף מפותחים על ידי קבוצות מחקר ב-KAUST ו- Purdue.

עיצוב משולב

(FLT:0) Machine LearningveFLT:1) משמש כדי לייעל מיקרו-מבנה אלקטרודה ולנבא מצבי כישלונות. על ידי הכשרת מודלים על אלפי מחזורי מתיחה מדומים, החוקרים יכולים לעצב ארכיטקטורות סוללות המפחיתות ריכוז הלחץ.

מסקנה

ההתקדמות במקורות אנרגיה גמישים ומתחים מעצבת מחדש את הנוף האלקטרוניקה לביש.מסוללות ליתיום-אפוקליפטיות שמסתובבות סביב פרק כף יד למרקים תלת-חשמליים שמקצצים אנרגיה מהליכה, תיק האפשרויות ממשיך להתרחב.חומרים של סרטי ליתיום-במיוחד בפולימרים מוליכים, מתכות נוזליות וננו-2Dmaterials - בשילוב עם טכניקות סטנדרטיות כמו הדפסה לייזר וטכנולוגיות לייזר הן קרוב יותר מעשור, אך הן מבטיחות, אך ורק להתחממות עצמית, אך הן יכולות להתגבר על פני מערכות אבטחה, אך הן יציבות, אך ורק על פני כדוריות, אך ורק על פני כדוריות, אך הן מבטיחות, אך ורק על ידי סוללות מתוחכמותן, אך ורק על פני כדוריות, אך הן יציבות סביבתיות, אך הן מבטיחות, אך ורק על ידי מערכות אבטחה מתוחכמותיות, אך הן יציבות סביבתיות, אך הן יציבות סביבתית, אך הן יציבות סביבתית, אך הן מבטיחות, אך הן יציבות סביבתית, אך הן מבטיחות, אך הן יציבות סביבתית, אך הן יציבות סביבתית, אך הן יציבות סביבתית, אך הן יציבות סביבתית, אך הן יציבות סביבתית, אך הן יציבות סביבתית, אך הן מבטיחות, אך הן יציבות סביבתית, אך

(ב) [ה]: [ה] [ה]] [ה]]: [ה] [ה] [ה]] [ה]]] [ה]]] [ה]]][ה]]]] ב[ה], [ה], [ה] ב]התחילה [ה] ב[ה] ב[ה] ב[ה'[ה'] ב'[ה'[ה']']'[ה'[ה']'[ה'[ה']'[ה'[ה'[ה'[ה']'[ה'[ה']']'[ה'[ה']'[ה']']']']'[ה']']'[ה'[ה'[ה'[ה'[ה']']']'[ה'[ה']']'[ה'[ה']']']']'] ב'[ה'[ה'[ה'[ה'[ה'[ה']']'[ה']']'[ה'[ה'[ה'[ה'[ה