Giyilebilir teknolojideki gelişmeler, hafif ve dayanıklı enerji depolama çözümlerine olan ihtiyacı artırdı. Bu talepleri karşılamak, çeşitli mekanik deformasyonlar altında güç tutma ve enerji yoğunluğunu koruyabilen teknoloji gerektiriyor. Bu zorluğun üstesinden gelmek için Kore Bilim ve Teknoloji Enstitüsü’ndeki (KIST) araştırmacılar, giyilebilir cihaz tasarımında benzeri görülmemiş çok yönlülük sunan, enerji depolayabilen fiber benzeri bir yeni elektrot malzeme geliştirdi.
Yeni elektrot malzeme detayları
Ekibin Advanced Energy Materials dergisinde yer alan araştırması, geleneksel fiberler gibi çeşitli şekillere kusursuz bir şekilde uyum sağlayan fiber şekilli süper kapasitörler (FSSC’ler) üzerine odaklanıyor. Karbon nanotüp fiberleri (CNTF’ler), üstün elektriksel iletkenlikleri, dayanıklılıkları ve esneklikleri nedeniyle ana rakipler olarak ortaya çıkıyor.
Sıvı kristal faz içinde ıslak eğirme tekniğiyle üretilen bu CNTF’ler, olağanüstü elektriksel iletkenlik, sağlam güç, hafiflik ve esneklik sergiliyor. Bunların tümü, yüksek kristalli karbon nanotüplerden oluşan sıkı bir şekilde paketlenmiş ve hizalanmış yapılarından kaynaklanıyor.
Bununla birlikte, CNTF’lerin temiz yüzeyi, enerji depolama için gerekli olan kimyasal reaksiyonlar için sınırlamalar teşkil etmektedir. Enerji depolama yeteneklerini geliştirmek için araştırmacılar genellikle CNTF’lerin yüzeylerine ekstra malzemeler ekleyerek kimyasal reaksiyonlar için yüzey alanını arttırır. Ancak bu yaklaşımın malzeme ayrılması ve sürekli elyaf üretimi için pratik olmama gibi dezavantajları var.
Buna yanıt olarak KIST ekibi, ek malzeme veya işlem adımları gerekmeden verimli enerji depolama kapasitesine sahip özel CNTF’ler geliştirdi. CNT’lerin yüzeyini işleyerek ve bunları fiberler halinde döndürerek, iletkenlikten ödün vermeden fiberlerin gücünü ve elektrik iletkenliğini artıran bir sıvı kristal formu oluşturdu. Bu değiştirilmiş CNTF’ler, normal fiberlere kıyasla 33 kat daha fazla enerji depolama, 3.3 kat daha fazla dayanıklılık ve 1.3 kat daha fazla iletkenlik dahil olmak üzere önemli gelişmeler sergiledi.
Etkinliğini test eden ekip, fiberleri 15 dakikadan fazla etkili bir şekilde çalışan dijital saate güç sağlamak için kullandı. Fiber şekilli süper kapasitörler, 5.000 bükülme testinden sonra performanslarının yüzde 95’ini koruyarak ve düğümlendiğinde neredeyse mükemmel işlevselliği koruyarak etkileyici bir dayanıklılık gösterdi. Ayrıca, dijital saatlerin bilek kayışlarına dahil edildiğinde fiberler bükülmeye, katlanmaya ve temizlenmeye karşı dayanıklılık sergiledi.
KIST’te araştırmacı olan Dr. Kim Seung-min, karbon nanotüplerin ikincil piller için iletken malzemelerin ötesinde daha geniş çapta uygulanabilirliğinin altını çizerek çeşitli alanlardaki potansiyel ilerlemelerin sinyalini veriyor. Ekip, alışılmadık enerji depolama uygulamalarını daha fazla keşfetmeyi ve fiber tipi pillerin enerji yoğunluğunu artırmayı, teknolojinin faydasını süper kapasitörlerin ötesine genişletmeyi hedefliyor.
