Les piles à combustible au méthanol à base de coton pourraient alimenter de la future électronique flexible

Les piles à combustible en fibre à base de coton peuvent désormais convertir le méthanol en électricité tout en soutenant la densité de puissance de pointe à 2 000 cycles de flexion continue. Cette percée ouvre la voie à des sources d’alimentation sûres et hautes performances pour l’électronique flexible et les appareils portables.

Les chercheurs de l’Université de Soochow ont développé des piles à combustible directes en forme de fibre (FDMFC) en utilisant des fils tissés encapsulés en gel. Ces “Yarn @ Gels” utilisent une stratégie de pression interne adaptative, où le gonflement naturel des fibres de coton dans la matrice de gel génère une pression pour maintenir les composants cellulaires étroitement liés, éliminant le besoin de parties volumineuses et rigides. Le résultat est une pile à combustible flexible, coupée, résistante à l’eau et rapide à faire le plein en une minute.

Les résultats de cette étude sont publiés dans Matériaux de la nature.

Alors que la technologie personnelle évolue vers des appareils portables pliés, la demande de sources d’énergie flexibles et légères s’est considérablement augmentée. Les scientifiques ont conçu des sources de puissance flexibles de toutes sortes, des cellules solaires aux batteries lithium-ion aux supercondensateurs. Pourtant, chacun est court, limité par la dépendance à la lumière, le mauvais stockage d’énergie et la recharge lente, poussant les chercheurs à rechercher de meilleurs systèmes d’alimentation.

Les piles à combustible sont devenues des acteurs prometteurs dans ce domaine, offrant une densité d’énergie élevée et un ravitaillement rapide qui les rendent idéaux pour une utilisation continue, mais ils ne sont pas non plus sans leur part de défauts. Dans cette étude, les chercheurs ont relevé ces défis en introduisant YARN @ gels dans la conception flexible des piles à combustible. Cette innovation a fourni une rétention de carburant supérieure et une stabilité mécanique, mais a conquis les problèmes de rigidité et d’étanchéité qui avaient longtemps tourmenté les piles à combustible flexibles.

La conception des piles à combustible en méthanol en forme de fibre a commencé par la préparation d’un gel primaire à partir de poly (N, N-diméthylacétamide) (PDMA) par la photopolymérisation induite par les UV, en utilisant un liaison croisée et un photoinitier pour former la matrice de gel. Pour créer le fil @ gels, le fil de coton tissé a été trempé dans cette solution jusqu’à ce qu’il soit complètement saturé puis durci sous la lumière UV pour former des fibres recouvertes de gel. L’ensemble d’électrode à membrane (MEA) a été préparé séparément en pulvérisant les encres de catalyseur d’anode et de cathode sur une membrane Nafion prétraitée.

Enfin, les piles à combustible ont été construites en enroulant plusieurs couches fonctionnelles autour du noyau Yarn @ gels d’une manière couche par couche. L’équipe a ensuite testé les performances électrochimiques et les limites mécaniques des piles à combustible.

Les piles à combustible ont atteint des densités de puissance de pointe de 27,3 mW / cm² à 60 ° C et 5,89 mW / cm² même en dessous de la congélation, effectuant de manière fiable de -22 ° C à 70 ° C. Ils ont conservé 94,7% même après 1 500 cycles de pliage de 180 ° et ont continué à fonctionner avec peu de perte de performance même lorsqu’ils sont coupés en deux. Même après 100 cycles de ravitaillement à 200 mA, aucune chute de tension n’a été observée.

La résilience exceptionnelle et les performances électriques de ces piles à combustible en forme de fibre en font des candidats idéaux pour l’électronique portable. Les chercheurs notent que cette conception modulaire pourrait être mise à l’échelle des textiles intelligents et de l’électronique portable à des applications énergétiques à grande échelle.

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