Porous nanocarbon nanocomposites for flexible, wearable electrodes

Wearable electronics doesn’t only mean dresses emitting sparkling light from hundreds of small LEDs, but also sensors integrated in functional textiles to monitor, for example, water evaporation or temperature changes. Chinese scientists have manufactured fibrous electrodes for wearable devices that are flexible and excel by their high energy density. Key for the preparation of the electrode material was a microfluidic technology, as shown in the journal «Angewandte Chemie».

Energy storage systems powering such wearable devices must combine deformability with high capacity and durability. The problem is that deformable electrodes often fail in long-term operation, and their capacity lags behind that of other state-of-the-art energy storage devices.

Electrode materials usually benefit from a fine balance of porosity, conductivity, and electrochemical activity. Material scientists Su Chen, Guan Wu, and their teams from Nanjing Tech University, China, have looked deeper into the material demands for flexible electrodes and developed a porous hybrid material synthesized from two carbon nanomaterials and a metal-organic framework. The nanocarbons provided the large surface area and excellent electrical conductivity, and the metal-organic framework gave the porous structure and the electrochemical activity.

To make the electrode materials flexible for wearable applications, the micro-mesoporous carbon frameworks were spun into fibers with a thermoplastic resin by using an innovative blow-spinning machine. The resulting fibers were pressed into cloths and assembled into supercapacitors, although it turned out that another round of coating with the micro-mesoporous carbon frameworks further improved the electrode performances.

The supercapacitors made from these electrodes were not only deformable, but they could also harbor higher energy densities and larger specific capacitances than comparable devices. They were stable and endured more than 10,000 charge-discharge cycles. The scientists also tested them in practical applications such as smart color switching of LEDs in dresses and solar-cell-controlled powering of electronic devices integrated in functional clothing.

The authors pointed out that the microfluidic droplet-based synthesis was key to improving the performance of the electrode materials for wearable electronics. It was all about adjusting the perfect porous nanostructure, they argued.

Source: Phys.org


Leggi anche

Volt

I ricercatori del KTH Royal Institute of Technology in Svezia hanno dimostrato in uno studio pubblicato di recente la possibilità per un nuovo materiale composito in fibra di carbonio di cambiare forma con l’aiuto di impulsi elettronici. Il materiale potrebbe trovare applicazione per esempio nella produzione di aeroplani e pale eoliche…

Leggi tutto…

Interreg Europe, il Fondo europeo di sviluppo regionale, insieme all’Unione europea ha assegnato il nuovo progetto AACoMa alla regione Interreg Euregione Mosa-Reno (EMR). Il progetto si propone di accelerare lo sviluppo dell’advanced manufacturing per il settore dei compositi, dimostrando l’efficacia delle nuove tecnologie sviluppate tramite una stretta collaborazione tra istituti e centri di ricerca e piccole e medie imprese della regione EMR…

Leggi tutto…

researchers

L’etanolo ha una densità di energia volumetrica cinque volte superiore (6,7 kWh/L) rispetto all’idrogeno (1,3 kWh/L) e può essere utilizzato in sicurezza nelle celle a combustibile per la generazione di energia. In teoria, l’efficienza di una cella a combustibile a etanolo è del 96%, ma in pratica alla massima densità di potenza è solo del 30%. Per raggiungere una maggiore efficienza un gruppo di ricercatori dell’IPEN (Brasile) sta studiando nuove membrane in materiale composito per celle a combustibile a etanolo diretto…

Leggi tutto…

JEC ceremony 2019

Quest’anno i JEC Innovation Awards, il premio alle innovazioni nel settore dei compositi, si terrà per la prima volta in modalità online, a causa dell’emergenza sanitaria Covid-19. La cerimonia di premiazione si svolgerà mercoledì 13 maggio alle ore 12 e sarà possibile partecipare gratuitamente, previa registrazione. Verranno premiati 11 progetti per ognuna delle categorie in gara su 33 progetti giunti in finale, selezionati da una giuria internazionale …

Leggi tutto…

ElectraFly prototype

Nello sviluppo del nuovo settore emergente dei velivoli per la mobilità urbana (UAM, Urban Air Mobility) rivestiranno un ruolo centrale i materiali compositi avanzati stampati in 3D e ultraleggeri. Come suggerisce un progetto condotto dall’UAMMI in collaborazione con un’azienda dello Utah, il loro impiego aiuterà a risolvere i problemi di efficienza che incidono al momento sulle prestazioni e sullo sviluppo del mercato legato a questi velivoli…

Leggi tutto…