Kunnen we binnenkort onze mobiele telefoon misschien aansluiten op het T-shirt in plaats van aan een batterij? De eerste stappen in deze richting zijn gemaakt. Een team van het Georgia Institute of Technology in Atlanta (USA) en Samsung Electronics in Zuid-Korea heeft een prototype voor flexibele, in textiel verwerkte elektriciteitsopslag gereed. Volgens de onderzoekers bestaat de supercondensator uit een speciale opstelling van zinkoxide nanodraden, die ze laten groeien op conventionele vezeldraden.
Hoewel steeds kleinere en lichtere onderdelen worden ontwikkeld, zijn de meeste componenten voor energieopwekking en -opslag nog te zwaar voor de toekomstige verdere miniaturisering van elektronische apparaten. De zogenaamde supercondensator is als energieopslag een interessant alternatief voor batterijen en accu’s, omdat hij praktisch oneindig en snel kan worden opgeladen. Maar de gebruikelijke types zijn niet flexibel en licht genoeg.
Zinkoxide
Het onderzoeksteam heeft een prototype ontwikkeld van een efficiënte, op vezels gebaseerde elektrochemische micro supercondensator, die werkt met de zinkoxide nanodraden als elektrodes. Zinkoxide heeft ten opzichte van de gebruikelijke materialen voor supercondensatoren extra voordelen. Het kan al bij een relatief lage temperatuur (beneden 100 °C) op elk willekeurig substraat ongeacht de vorm groeien en is biocompatibel en milieuvrien-delijk.
Drager van de ene elektrode is een flexibele, dunne kunststof draad, de drager van de tweede is een vezel van Kevlar (het materiaal, waarvan bijvoorbeeld kogelvrije vesten worden vervaardigd). Op beide dragers laten de onderzoekers zinkoxide nanodraden groeien. Extra laagjes van bijvoorbeeld goud en mangaanoxide zouden de ladingopname nog verder kunnen verbeteren.
Met behulp van pincetten werden de kunststof draden elk omwikkeld met een kevlarvezel. Vervolgens moest deze worden ingebed in stijf gel-elektrolyt, dat beide elektroden van elkaar scheidt en zorgt voor de benodigde ladingtransport. Een bundel van zulke vezels zou kunnen worden verwerkt tot garen.
Perspectieven
Deze nieuwe vorm van energieopslag schijnt bijzonder interessant te zijn in combinatie met nano stroomgeneratoren in de vezelvorm, zoals de onder-zoekers in Atlanta ze al hebben ontwikkeld. De hartslag van de drager, stappen of een licht briesje zijn al voldoende om de zich er in het kleding-stuk bevindende piëzo-elektrische zinkoxide nanodraden te bewegen en uit deze vervorming energie op te wekken.
In de vorm van ‘Power Shirts’ zouden zulke systemen voldoende energie kunnen opwekken voor kleine elektronische apparaten zoals een mobiele telefoon of kleine sensoren, die bijvoorbeeld brandweerlieden waarschuwen voor giftige stoffen.
