I ricercatori sviluppano un prototipo rivoluzionario di tessuto elasticizzato

La nuova batteria offre maggiore sicurezza, prestazioni migliorate e notevole flessibilità per nuove applicazioni

Di Rashda Khan 713-743-7587

26 luglio 2023

La maggior parte delle persone già conosce e apprezza le capacità degli smartphone, ora immagina le possibilità offerte da tute spaziali, uniformi e indumenti da ginnastica intelligenti. Il futuro della tecnologia indossabile ha appena ricevuto un grande impulso grazie a un team di ricercatori dell’Università di Houston che ha progettato, sviluppato e consegnato un prototipo di successo di una batteria agli ioni di litio completamente elastica.

L'idea di questa evoluzione all'avanguardia della batteria agli ioni di litio è nata dalla mente di Haleh Ardebili, Bill D. Cook Professore di Ingegneria Meccanica alla UH. "Come grande fan della fantascienza, potrei immaginare un 'futuro in stile fantascientifico' in cui i nostri vestiti saranno intelligenti, interattivi e potenziati", ha detto. “Il passo successivo sembrava naturale creare e integrare batterie estensibili con dispositivi e indumenti estensibili. Immagina di piegare, piegare o allungare il tuo laptop o telefono in tasca. Oppure utilizzando sensori interattivi incorporati nei nostri vestiti che monitorano la nostra salute”.

Alcune di queste idee stanno già diventando realtà. Tuttavia, come tutti i dispositivi elettronici, hanno bisogno di energia, ed è qui che entrano in gioco le batterie estensibili e flessibili. Un grave collo di bottiglia nello sviluppo della prossima generazione di dispositivi elettronici o di tecnologia indossabile incorporata nei tessuti è che le batterie convenzionali sono generalmente rigide, il che ne limita la funzionalità. degli articoli e utilizzano un elettrolita liquido, che solleva problemi di sicurezza. I tradizionali elettroliti liquidi organici sono infiammabili e possono comportare la possibilità che le batterie prendano fuoco o addirittura esplodano in determinate condizioni.

La chiave della svolta del team di ricerca dell'UH risiede nell'utilizzo da parte dei ricercatori del tessuto conduttivo in argento come piattaforma e collettore di corrente.

“Il tessuto d’argento intrecciato era l’ideale per questo poiché si deforma o si allunga meccanicamente e fornisce comunque i percorsi di conduzione elettrica necessari affinché l’elettrodo della batteria funzioni bene. L’elettrodo della batteria deve consentire il movimento sia degli elettroni che degli ioni”, ha detto Ardebili, che è l’autore corrispondente di un articolo che descrive dettagliatamente questa ricerca in Extreme Mechanics Letters. Il primo autore dell'articolo è Bahar Moradi Ghadi, un ex dottorando che ha basato la sua tesi su questa ricerca.

Trasformando gli elettrodi rigidi delle batterie agli ioni di litio in elettrodi indossabili, basati su tessuto, flessibili ed estensibili, questa tecnologia apre interessanti possibilità offrendo prestazioni stabili e proprietà più sicure per dispositivi indossabili e biosensori impiantabili.

Come tutto è cominciato

L'idea delle batterie estensibili è venuta ad Ardebili diversi anni fa.

"Ero interessata a comprendere la scienza fondamentale e i meccanismi relativi allo stiramento di una cella elettrochimica e dei suoi componenti", ha affermato. “Si trattava di un campo inesplorato della scienza e dell’ingegneria e di un’ottima area su cui indagare”.

La scienza dell’accoppiamento degli effetti della deformazione meccanica e delle prestazioni elettrochimiche è un campo importante e le batterie estensibili forniscono un ottimo veicolo per esplorare i meccanismi fondamentali.

Ardebili ha sviluppato le sue idee in proposte di sovvenzione e ha vinto numerosi premi chiave a sostegno del suo lavoro, tra cui un premio CAREER della National Science Foundation quinquennale nel 2013, un New Investigator Award dal NASA Texas Space Center Grant Consortium nel 2014 e un premio dagli Stati Uniti Laboratorio di ricerca dell'esercito (ARL) nel 2017.

"Sebbene abbiamo creato un prototipo, stiamo ancora lavorando per ottimizzare il design, i materiali e la fabbricazione della batteria", ha affermato Ardebili.

Cosa c'è dopo

Ardebili è ottimista sul fatto che il prototipo di una batteria elastica basata su tessuto aprirà la strada a molti tipi di applicazioni come tute spaziali intelligenti, elettronica di consumo incorporata in indumenti che monitorano la salute delle persone e dispositivi che interagiscono con gli esseri umani a vari livelli. Esistono molti progetti e applicazioni possibili per batterie sicure, leggere, flessibili ed estensibili, ma c’è ancora del lavoro da fare prima che siano disponibili sul mercato.