p Um sistema extensível que pode coletar energia da respiração e movimento humanos para uso em dispositivos vestíveis de monitoramento de saúde pode ser possível, de acordo com uma equipe internacional de pesquisadores, liderado por Huanyu "Larry" Cheng, Dorothy Quiggle Professora de Desenvolvimento de Carreira no Departamento de Engenharia, Ciência e Mecânica da Penn State. p A equipe de pesquisa, com membros da Penn State e da Minjiang University e da Nanjing University, ambos na China, publicou recentemente seus resultados em Nano Energia .

p De acordo com Cheng, as versões atuais de baterias e supercapacitores que alimentam dispositivos de monitoramento e diagnóstico de saúde vestíveis e extensíveis têm muitas deficiências, incluindo baixa densidade de energia e extensibilidade limitada.

p "Isso é algo muito diferente do que trabalhamos antes, mas é uma parte vital da equação, "Cheng disse, observando que seu grupo de pesquisa e colaboradores tendem a se concentrar no desenvolvimento de sensores em dispositivos vestíveis. "Enquanto trabalhava em sensores de gás e outros dispositivos vestíveis, sempre precisamos combinar esses dispositivos com uma bateria para alimentar. O uso de microssupercapacitores nos dá a capacidade de autoalimentar o sensor sem a necessidade de uma bateria. "

p Uma alternativa às baterias, Microssupercapacitores são dispositivos de armazenamento de energia que podem complementar ou substituir baterias de íon-lítio em dispositivos vestíveis. Os microssupercapacitores têm uma pegada pequena, alta densidade de potência, e a capacidade de carregar e descarregar rapidamente. Contudo, de acordo com Cheng, quando fabricado para dispositivos vestíveis, os microssupercapacitores convencionais têm uma geometria empilhada "como um sanduíche" que exibe pouca flexibilidade, longas distâncias de difusão de íons e um processo de integração complexo quando combinado com eletrônicos vestíveis.

p Isso levou Cheng e sua equipe a explorar arquiteturas de dispositivos alternativas e processos de integração para avançar no uso de microssupercapacitores em dispositivos vestíveis. Eles descobriram que organizar as células do micro-supercapacitor em uma serpentina, layout de ponte de ilha permite a configuração para esticar e dobrar nas pontes, enquanto reduz a deformação dos micro-supercapacitores - as ilhas. Quando combinados, a estrutura passa a ser o que os pesquisadores chamam de "matrizes de micro-supercapacitores".

p "Ao usar um projeto de ponte em ilha ao conectar células, as matrizes de micro-supercapacitor exibiram maior elasticidade e permitiram saídas de tensão ajustáveis, "Cheng disse." Isso permite que o sistema seja reversivelmente esticado em até 100%. "

p Ao usar não em camadas, nanofolhas de fósforo-zinco ultrafinas e espuma de grafeno induzida por laser 3-D - altamente porosa, nanomaterial de autoaquecimento - para construir o design de ponte de ilha das células, Cheng e sua equipe observaram melhorias drásticas na condutividade elétrica e no número de íons carregados absorvidos. Isso provou que essas matrizes de micro-supercapacitores podem carregar e descarregar com eficiência e armazenar a energia necessária para alimentar um dispositivo vestível.

p Os pesquisadores também integraram o sistema com um nanogerador triboelétrico, uma tecnologia emergente que converte movimento mecânico em energia elétrica. Essa combinação criou um sistema com alimentação própria.

p "Quando temos este módulo de carregamento sem fio que é baseado no nanogerador triboelétrico, podemos colher energia com base no movimento, como dobrar o cotovelo ou respirar e falar, "Cheng disse." Somos capazes de usar esses movimentos humanos cotidianos para carregar os micro-supercapacitores. "

p Ao combinar este sistema integrado com um sensor de deformação à base de grafeno, os arranjos de micro-supercapacitores de armazenamento de energia - carregados pelos nanogeradores triboelétricos - são capazes de alimentar o sensor, Cheng disse, mostrando o potencial deste sistema para alimentar wearable, dispositivos extensíveis.