電荷を繊維に「刺繍」する――スマートウェア向けにフレキシブルで軽量な電源を開発

ヘルスケア用途などに利用されるウェアラブルバイオセンサーにとって、軽量かつ長寿命の電源が重要な開発アイテムとなっている。マサチューセッツ大学アマースト校の研究チームは、「あらゆる衣類に電荷を保存できるパターンを刺繍する」手段を開発したと発表した。研究成果は、『ACS Applied Materials & Interfaces』誌オンライン版に掲載されている。

研究チームを率いる同大学の材料化学者Trisha L. Andrew氏は、「一般的なバッテリーのような電荷貯蔵手段は、大きくかつ重く、柔軟でもないため、ウェアラブルやフレキシブル技術に対する足かせとなる」と語る。

今回研究チームが考案したのは、マイクロスーパーキャパシターと、導電体を蒸着した繊維にポリマーフィルムを組み合わせたものを使い、衣類の裏地にフレキシブルなメッシュ電極を縫い付けたものだ。スーパーキャパシターはサイズに比較して多くの電荷を保存することができるため、機能的にもウェアラブルバイオセンサー用の電源として適しているという。

Andrew氏は、電気化学的活性をもつ物質を高い電気伝導度を備えた繊維と組み合わせ、迅速なイオン輸送を実現することは困難だったと語る。今回蒸着プロセスを使用することで、高密度の撚糸上に多孔質の導電性ポリマーフィルムを配置し、電解質イオンを容易に取り込めるようにした。また、蒸着プロセスによって導電体をコートした繊維は、染色法や押し出し法によるものより、単位長さあたりの電荷蓄積量が高いことがわかった。

研究チームは現在、同大学のPersonalized Health Monitoring Centerで、着用者の歩行や関節の動きを監視するスマートウェア向けに、この刺繍型蓄電システムを開発している。

電荷を繊維に「刺繍」する――スマートウェア向けにフレキシブルで軽量な電源を開発