신축성 있는 직물의 프로토타입

대부분의 사람들은 이미 스마트폰의 기능을 알고 높이 평가하고 있으며 이제 스마트 우주복, 유니폼, 운동복이 제공하는 가능성을 상상하고 있습니다. 웨어러블 기술의 미래는 University of Houston(UH) 연구진 덕분에 크게 발전했습니다.설계, 개발 및 납품완전히 신축성이 있는 직물 기반 리튬 이온 배터리의 성공적인 프로토타입입니다.

리튬 이온 배터리의 최첨단 발전에 대한 아이디어는 UH의 기계 공학과 Bill D. Cook 교수인 Haleh Ardebili의 생각에서 나왔습니다. “열성 공상과학 팬으로서 저는 우리 옷이 스마트하고, 상호 작용하며, 힘을 발휘하는 '공상 과학 같은 미래'를 상상할 수 있습니다.”라고 그녀는 말했습니다. “신축성 배터리를 만들고 신축성 장치 및 의류와 통합하는 것은 자연스러운 다음 단계로 보였습니다. 주머니에 있는 노트북이나 휴대폰을 접거나 구부리거나 늘린다고 상상해 보세요. 아니면 옷에 내장된 대화형 센서를 사용해 우리의 건강을 모니터링할 수도 있습니다.”

이러한 아이디어 중 일부는 이미 현실이 되고 있습니다. 그러나 모든 전자 장치와 마찬가지로 전력이 필요하며 여기에는 신축성 있고 유연한 배터리가 필요합니다. 차세대 전자 장치 또는 직물에 내장된 웨어러블 기술 개발의 주요 병목 현상은 기존 배터리가 일반적으로 단단하여 기능이 제한된다는 것입니다. 그리고 액체전해질을 사용하기 때문에 안전성에 대한 우려가 있습니다. 기존의 유기 액체 전해질은 가연성이 있어 특정 조건에서 배터리에 불이 붙거나 심지어 폭발할 가능성도 있습니다.

UH 연구팀의 획기적인 발전의 열쇠는 전도성 은 직물을 플랫폼 및 집전체로 사용하는 연구원들에 있습니다.

“직조된 은 직물은 기계적으로 변형되거나 늘어나면서도 배터리 전극이 제대로 기능하는 데 필요한 전기 전도 경로를 제공하기 때문에 이에 이상적이었습니다. 배터리 전극은 전자와 이온 모두의 움직임을 허용해야 합니다.”라고 Extreme Mechanics Letters에서 이 연구를 자세히 설명하는 논문의 교신 저자인 Ardebili는 말했습니다. 논문의 첫 번째 저자는 이 연구를 바탕으로 논문을 작성한 전 박사과정 학생인 Bahar Moradi Ghadi입니다.

견고한 리튬 이온 배터리 전극을 웨어러블, 직물 기반, 유연하고 신축성 있는 전극으로 변환함으로써 이 기술은 웨어러블 장치 및 이식형 바이오 센서에 안정적인 성능과 보다 안전한 특성을 제공함으로써 흥미로운 가능성을 열어줍니다.

신축성 있는 배터리에 대한 아이디어는 몇 년 전에 Ardebili에서 떠올랐습니다.

“저는 전기화학 전지와 그 구성 요소를 늘리는 것과 관련된 기본 과학과 메커니즘을 이해하는 데 관심이 있었습니다.”라고 그녀는 말했습니다. "이것은 과학 및 공학 분야에서 미개척 분야였으며 조사해 볼 수 있는 훌륭한 분야였습니다."

기계적 변형과 전기화학적 성능의 결합 효과에 대한 과학은 중요한 분야이며 신축성 배터리는 기본 메커니즘을 탐구하는 데 훌륭한 수단을 제공합니다.

Ardebili는 자신의 아이디어를 보조금 제안으로 발전시켰으며 2013년 5년간의 국립 과학 재단 CAREER 상, 2014년 NASA 텍사스 우주 센터 보조금 컨소시엄의 신인 연구자 상, 2017년 미 육군 연구소(ARL).

Ardebili는 "우리는 프로토타입을 만들었지만 여전히 배터리 설계, 재료 및 제조를 최적화하기 위해 노력하고 있습니다."라고 말했습니다.

Ardebili는 신축성 있는 직물 기반 배터리의 프로토타입이 스마트 우주복, 사람의 건강을 모니터링하는 의류에 내장된 가전 제품, 다양한 수준에서 인간과 상호 작용하는 장치 등 다양한 유형의 응용 분야에 대한 길을 열 것이라고 낙관하고 있습니다. 안전하고 가볍고 유연하며 신축성이 있는 배터리를 위한 디자인과 응용 분야는 다양하지만 시장에 출시되기 전에 아직 수행해야 할 작업이 남아 있습니다.