Ett nytt stretchmaterial som lagrar hög elektrisk spänning kan ge fart åt utvecklingen av smarta kläder, klockor och glasögon. Inspiration till materialet är hämtad från elektriska ålar.
Laddade fibrer. Förhoppningen är att det nya stretchmaterialet kan sättas in i smarta kläder, klockor, glasögon och annat. Tills vidare kan den stretchbara superkondensatorn bara lagra energi, inte alstra den. Frånvaron av metall gör materialet säkert att bära på kroppen.
Nya typer av kläder, klockor, sensorer och andra bärbara prylar med behov av el kan bli möjliga tack vare forskningen vid Fudan-universitetet i Shanghai, Kina.
Det nya stretchmaterial som utvecklats där, inspirerat av elektriska ålar, kan lagra upp till 1 000 volt.
Den höga spänningen uppmättes under experiment som forskarna Hao Sun, Xuemei Fu, Songlin Xie, Yishu Jiang och Huisheng Peng gjorde i sitt laboratorium. Tricket bestod i att dra ut materialet långt, så att de ingående fibrerna kom i kontakt med varandra.
Var för sig håller materialfibrerna bara en låg spänning, men hoplagda bildar de en superkondensator med hög spänning. Stretchmaterialet fungerar ungefär som den elektriska ålens system för elchocker med upp till 600 volt.
De tusentals elektriskt laddade muskelcellerna i ålens mage och svans har var för sig låg spänning. När muskelcellerna trycks ihop – till exempel när ålen attackerar ett byte – skapas en hög spänning.
Nano med muskelstruktur. I stället för muskelceller består det nya stretchmaterialet av elektriskt ledande nanorör som spunnits runt elastiska gummifibrer. Trådarna är sedan belagda med en geléartad elektrolyt av polyvinylalkohol. I ett experiment sydde forskarna in rader av de elastiska fibrerna i en T-tröja där de kunde tända 57 inbyggda lysdioder.
Tillsammans är stark. Den elektriska ålen seriekopplar sina elektriskt laddade muskler för att skapa en hög spänning. Samma teknik används i det elektriska stretchmaterialet
”Konventionell energilagring lider av låg utspänning som kräver seriekoppling av många enheter. Kopplingar med metalltråd gör ofta tekniken klumpig, vilket begränsar den praktiska användningen. Det råder vi bot på med materialet som imiterar muskelcellsstrukturen hos elektriska ålar”, säger forskaren Hao Sun vid Fudan-universitetets State Key Laboratory of Molecular Engineering of Polymers.
Viktiga egenskaper hos materialet är att det är böjbart, elastiskt och slitstarkt. Det går att väva ihop med vanliga textilfibrer, som till exempel i det elastiska och energilagrande klockarmband som forskarna tillverkat.
Antalet kondensatortrådar avgör vilka spänningar som kan nås, så att materialet även blir reglerbart. För att nå 1 000 volt användes tusen trådar. Frånvaron av metall gör den stretchbara superkondensatorn säkrare att bära på kroppen än många alternativa tekniker.
Sikte på självladdande. Än så länge kan det nya stretchmaterialet just bara lagra, och inte generera, energi. Till skillnad från en ål behöver kondensatorn alltså laddas innan den sätts in i smarta kläder, klockor, glasögon och annat. För att skapa självladdande system fortsätter forskarna att undersöka hur materialet kan kombineras med exempelvis tunna solceller och litium-jonbatterier.
”Vi vill också undersöka möjliga tillverkningsverkningstekniker. Fotolitografi kunde till exempel användas för att producera ännu mindre superkondensatorer än vi har gjort i labbet”, säger Hao Sun.
Stretchmaterialet som inspirerats av elektriska ålar är bara ett av alla de elektriskt ledande material som utvecklats av forskargruppen ledd av professor Huisheng Peng. Intresset från industrin är stort. Bland finansiärerna finns General Motors, spandex-företaget Yantai och den kinesiska regeringen.
”En annan inriktning för vår forskning framöver är därför att minska kostnaden och ytterligare förbättra prestandan”, säger Hao Sun.
Marie Granmar text
Hao Sun bilder
