PERSPECTIVES IN USING OF THE 3D TEXTILE COMPOSITES TO PRODUCE RECHARGEABLE BATTERIES

Autor/autori: CS III Dr. Eng. Raluca Maria AILENI, CS Eng. Laura CHIRIAC

Rezumat: Această lucrare prezintă câteva aspecte privind compozitele 3D textile cu funcţionalizare controlată a suprafeţei la nivel micro/nano pentru a obţine compozitul adecvat cu capacitate de a stoca energia. Bateriile clasice nu sunt flexibile, nu sunt uşoare, şi generează probleme la integrarea în produsele textile. Recent bateriile pe bază de textile utilizează acoperiri metalice (de exemplu: argint, nichel, cupru, zinc) sau materiale pe bază de carbon pentru realizarea supercapacitorilor (SCs). În plus, prin intermediul tehnologiei Polymer-Assisted Metal Deposition (PAMD), metalele cu conductivitate mare cum ar fi cuprul (Cu) şi nichelul (Ni) pot fi depuse uniform, pe materialele textile pretratate pentru a realiza baterii pe suport textil flexibil pe bază de litiu. Interesul crescut în realizarea bateriilor flexibile cu consum redus de energie pentru sisteme de monitorizare purtabile este datorat faptului că bateriile clasice sunt rigide şi produc disconfort la purtare. O alternativă o reprezintă dezvoltarea bateriilor flexibile, a capacitorilor utilizând acoperiri prin peliculizare, impregnare, printare directă, printare 3D pe bază de soluţii polimerice conţinut de micro/nanoparticule. În literatura ştiinţifică, câteva abordări constau în electrozilor din argint, cupru, argint/nichel, nichel/cupru, cupru/argint, oxizi de grafen şi nanotuburi de carbon (CNTs) combinate cu materialele pentru electroliţi cum ar fi sulfonat de polistiren (3,4-etilen-dioxitiofen) (PEDOT: PSS) sau triiodura de potasiu (KI3). Câteva grupuri de cercetare au raportat SCs flexibili pe bază de electrozi flexibili 1D integraţi prin procedee mecanice şi electrozi capacitivi integraţi într-o singură fibră sau fir. O provocare o reprezintă dezvoltarea de materiale flexibile pentru electrozi 2D şi 3D care permit stocarea energiei şi asigură suportul bateriei.

Cuvinte cheie: textile, baterii, supercapacitor, stocare de energie, electroconductiv, micro/nano, nichel, composite 3D

Abstract: This work presents several perspectives concerning the using of 3D textile composites based on controlled micro/nano surface functionalization in order to obtain the adequate composite capable of being used for energy storage. The conventionally used batteries are not flexible, not lightweight, and generate difficulties in integration into textile products. Recently textile-based batteries using metal (e. q. silver, nickel, copper, zinc) coated fabrics or carbon-based materials were used to create textile supercapacitors (SCs). Moreover, through the newest technology Polymer-Assisted Metal Deposition (PAMD), highly conductive metal, copper (Cu), and nickel (Ni) can uniformly be deposited onto pre-treated fabrics in order to develop the flexible textile lithium battery. The increased interest in producing a low powering system for a wearable monitoring system is because batteries are rigid and produce discomfort when it is worn. A solution to this impediment is to develop flexible batteries, capacitors on the textile surface by using a coating, padding, direct printing, 3D printing, and thin-film deposition based on polymers with micro/nanoparticle content. In the scientific literature, several approaches consist of using silver, copper, silver/nickel, nickel/copper, copper/silver, graphene oxides or carbon nanotubes (CNTs) as electrodes combined with electrolyte materials such as poly(3,4-ethylene dioxythiophene) polystyrene sulfonate (PEDOT PSS) or iodine-triiodide (KI3). Some research groups reported flexible SCs based on coaxial, twisted, or parallel 1D electrodes flexible by integrating mechanical support, current collector, and capacitive electrode materials in a single fiber/yarn/thread. A challenge is to develop 2D or 3D electrode materials that provide energy storage and mechanical support.

Keywords: textile, batteries, supercapacitors, energy storage, electroconductive, micro/nano, nickel, 3D composite

DOWNLOAD PDF