ストレッチ生地の試作

ほとんどの人はすでにスマートフォンの機能を認識しており、スマートな宇宙服、制服、運動着がもたらす可能性を想像してみてください。 ヒューストン大学 (UH) の研究者チームのおかげで、ウェアラブル テクノロジーの未来が大きく前進しました。設計、開発、納品完全に伸縮性のある布地ベースのリチウムイオン電池のプロトタイプに成功しました。

このリチウムイオン電池の最先端の進化のアイデアは、カリフォルニア大学のビル D. クック機械工学教授、ハレ・アルデビリの頭から生まれました。 「大の SF ファンとして、私たちの服がスマートでインタラクティブでパワーを備えた『SF のような未来』を思い描くことができました」と彼女は言いました。 「伸縮性のあるバッテリーを作成し、伸縮性のあるデバイスや衣類と統合することは、自然な次のステップのように思えました。 ラップトップや携帯電話をポケットの中で折りたたんだり、曲げたり、伸ばしたりすることを想像してください。 あるいは、衣服に埋め込まれたインタラクティブなセンサーを使用して、私たちの健康状態を監視することもできます。」

これらのアイデアのいくつかはすでに現実になりつつあります。 ただし、他のエレクトロニクスと同様に電力が必要なため、伸縮性と柔軟性に優れたバッテリーが登場します。繊維に埋め込まれた次世代エレクトロニクスやウェアラブル技術の開発における大きなボトルネックは、従来のバッテリーは一般的に硬く、機能が制限されることです。それらは液体電解質を使用しているため、安全性への懸念が生じます。 従来の有機液体電解質は可燃性であり、特定の条件下ではバッテリーが発火したり爆発したりする可能性があります。

UH 研究チームの躍進の鍵は、研究者らがプラットフォームおよび集電体として導電性銀布を使用していることにあります。

「銀の織布は、機械的に変形または伸縮し、電池の電極が適切に機能するために必要な導電経路を提供するため、この用途に最適でした。 バッテリーの電極は電子とイオンの両方の移動を可能にする必要があります」と、Extreme Mechanics Letters に掲載されたこの研究を詳しく説明した論文の責任著者であるアルデビリ氏は述べています。 論文の筆頭著者は、元博士課程の学生であるバハール・モラディ・ガディで、この研究に基づいて博士論文を執筆しました。

この技術は、硬質リチウムイオン電池の電極をウェアラブルで布地ベースの柔軟で伸縮性のある電極に変換することで、ウェアラブル デバイスや埋め込み型バイオセンサーに安定した性能とより安全な特性を提供することで、刺激的な可能性を切り開きます。

伸縮可能なバッテリーのアイデアは、数年前にアルデビリに思いつきました。

「私は、電気化学セルとそのコンポーネントの伸縮に関連する基礎科学とメカニズムを理解することに興味がありました」と彼女は言いました。 「これは科学と工学において未踏の分野であり、研究するのに最適な分野でした。」

機械的変形と電気化学的性能の結合効果の科学は重要な分野であり、伸縮可能なバッテリーは基本的なメカニズムを探索するための優れた手段となります。

アルデビリは自分のアイデアを助成金提案に発展させ、2013 年の 5 年間にわたる国立科学財団キャリア賞、2014 年の NASA テキサス宇宙センター助成コンソーシアムからの新人研究者賞、および2017 年の米陸軍研究所 (ARL)。

「プロトタイプを作成しましたが、バッテリーの設計、材料、製造の最適化にまだ取り組んでいます」とアルデビリ氏は述べています。

アルデビリ氏は、伸縮性のある布地ベースのバッテリーのプロトタイプが、スマート宇宙服、人々の健康状態を監視する衣類に埋め込まれた家庭用電子機器、さまざまなレベルで人間と対話するデバイスなど、さまざまな種類の用途への道を開くだろうと楽観視している。 安全、軽量、柔軟性、伸縮性のあるバッテリーにはさまざまな設計や用途が考えられますが、市場に投入されるまでにはまだやるべきことがいくつかあります。