Мягкие, дышащие и облегающие электронные текстильные изделия однажды могут предоставить пользователям носимых устройств возможность отслеживать своё здоровье и физическую активность с беспрецедентной лёгкостью.
Для поддержки таких электронных компонентов, встроенных в текстиль, необходимы стабильные выходные мощности. Однако человеческое тело динамично — оно сгибается, скручивается и растягивается, особенно во время упражнений. Встроенные в одежду батареи также должны сохранять свою эффективность при таких условиях.
Учёные из Китая создали тянущуюся батарейку-нитку, которая может использовать человеческий пот в качестве электролита для выработки энергии при различной деформации.
Важно отметить, что выходное напряжение технологии оставалось стабильным после 2000 циклов растяжения, 20 циклов в коммерческой стиральной машине и хранения в обычных условиях в течение 7 месяцев.
Чжисонг Лу, профессор Юго-Западного университета в Китае, говорит, что тянущаяся батарейка-нитка, активируемая потом, «может быть масштабирована до изготовления метровой длины с помощью специально разработанной обёрточной машины и легко интегрирована в электронные текстильные изделия с помощью традиционных методов, таких как ткачество, вязание, шитьё и сшивание».
Команда Лу интегрировала батарейку-нитку в повязку на голову и футболку, которые могли питать светодиоды и шагомер соответственно после впитывания пота от испытуемых добровольцев.
«Тесты на коже показывают, что тянущиеся батарейки-нитки, активируемые потом, могут быть интегрированы в текстиль, контактирующий с кожей, в качестве безопасного источника энергии», — говорит Лу.
Выходное напряжение батарейки-нитки изменялось менее чем на 0,5% при динамическом растяжении благодаря продуманной конструкции.
«В качестве тянущегося сердечника была выбрана эластичная пряжа», — пишут Лу и соавторы в статье, представляющей технологию в журнале Wearable Electronics.
Сравнение желаемой нечувствительной к деформации растягивающейся батареи и обычной растягивающейся батареи, страдающей от колебаний напряжения при деформации.
«Цинковая проволока, обёрнутая хлопковым волокном, и углеродная пряжа были обёрнуты параллельно вдоль поверхности сердечника, чтобы сформировать слой оболочки.
Хлопковые волокна быстро направляют пот, соединяя соседнюю цинковую проволоку (анод) и углеродную пряжу (катод), активируя тем самым батарею». Они также действовали как разделитель, предотвращая прямой контакт анода и катода и короткое замыкание.
«Кольцевая конфигурация поверхностно-обёрнутых электродов позволяет им растягиваться и восстанавливаться вместе с эластичным сердечником», — пишут авторы.
Колебания электродов были плотно намотаны вокруг эластичного сердечника для поддержания соединения путём минимизации «расстояния между соседними электродами во время растяжения». Сердечник также был обёрнут «гидрофильными» (впитывающими воду) полиэфирными волокнами, которые удерживали пот и позволяли ионам лучше перемещаться между электродами.
«Наша цель — создать тянущуюся батарейку-нитку со сверхстабильным выходным напряжением при различных деформациях», — говорит Лу.
«Батарейка устраняет разрыв между растяжимостью и стабильностью выходного напряжения, что является серьёзной давней проблемой для растягивающихся источников питания».
Авторы отмечают, что на производительность технологии могут влиять «повседневное использование, условия окружающей среды и изменения в составе пота», и что «эти факторы требуют дальнейшего изучения в будущих исследованиях».