伸縮性のあるマイクロスーパーキャパシタセルフパワーウェアラブルデバイス
ウェアラブルで伸縮性のある健康監視および診断デバイスに電力を供給するバッテリーとスーパーキャパシタの現在のバージョンには、エネルギー密度の低さや伸縮性の制限など、多くの欠点があります。
バッテリーの代わりとなるマイクロスーパーキャパシターは、ウェアラブルデバイスのリチウムイオンバッテリーを補完または置き換えることができるエネルギー貯蔵デバイスです。マイクロスーパーキャパシタは、設置面積が小さく、電力密度が高く、急速に充電および放電する機能を備えています。ただし、ウェアラブルデバイス用に製造された場合、従来のマイクロスーパーキャパシタは「サンドイッチのような」スタックジオメトリを持ち、ウェアラブルエレクトロニクスと組み合わせると、柔軟性が低く、イオン拡散距離が長く、統合プロセスが複雑になります。
研究者は、ウェアラブルデバイスでのマイクロスーパーキャパシタの使用を促進するために、代替のデバイスアーキテクチャと統合プロセスを開発しました。彼らは、マイクロスーパーキャパシターセルを曲がりくねったアイランドブリッジレイアウトに配置することで、マイクロスーパーキャパシター（アイランド）の変形を減らしながら、構成をブリッジで伸ばしたり曲げたりできることを発見しました。組み合わせると、その構造は研究者がマイクロスーパーキャパシタアレイと呼ぶものになります。セルを接続するときにアイランドブリッジ設計を使用することにより、マイクロスーパーキャパシタアレイは伸縮性が向上し、電圧出力を調整できるため、システムを最大100％まで可逆的に伸ばすことができます。
層状ではない極薄の亜鉛リンナノシートと3Dレーザー誘起グラフェンフォーム（非常に多孔性の自己発熱ナノ材料）を使用してセルのアイランドブリッジ設計を構築することにより、チームは導電率の大幅な改善を確認しました。吸収された荷電イオンの数。これは、これらのマイクロスーパーキャパシタアレイが効率的に充電および放電し、ウェアラブルデバイスに電力を供給するために必要なエネルギーを蓄えることができることを証明しました。
研究者たちはまた、システムを摩擦電気ナノ発電機と統合しました。これは、機械的な動きを電気エネルギーに変換する新しい技術です。この組み合わせにより、セルフパワーシステムが作成されました。摩擦電気ナノ発電機をベースにしたワイヤレス充電モジュールを使用すると、肘を曲げたり、呼吸したり、話したりするなどの動きに基づいてエネルギーを収集できます。
この統合システムをグラフェンベースのひずみセンサーと組み合わせることにより、摩擦電気ナノジェネレーターによって充電されるエネルギー貯蔵マイクロスーパーキャパシタアレイがセンサーに電力を供給することができます。
センサー