Énergie
Vêtements intelligents chargés sans fil désormais possibles grâce à la percée de l’encre MXene
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Les avancées technologiques ont rendu tout intelligent aujourd’hui, de nos téléphones, réfrigérateurs, téléviseurs, montres, vélos, voitures et portefeuilles aux fours, lunettes, sonnettes, thermostats et brosses à dents.
Une autre chose qui devient intelligente, et que vous n’aviez peut-être pas anticipée, ce sont vos vêtements. Exactement ! Même les habits et les textiles deviennent intelligents. Imaginez des textiles capables de détecter et de réagir à votre température, vos mouvements et votre pression.
L’omniprésence des textiles, ainsi que leur grande surface et leur proximité avec les utilisateurs, rendent en fait l’intégration de fonctionnalités dans ceux‑ci une perspective prometteuse.
Bien que de nombreuses grandes marques de mode aient fait des promesses, les vêtements intelligents équipés de capteurs et les textiles de nouvelle génération ne sont pas encore devenus une partie courante de notre quotidien. Cela s’explique par le fait que les électroniques intégrées aux textiles, ou e‑textiles, nécessitent des sources d’alimentation sur le textile, ce qui peut nuire au confort de l’utilisateur.
Comme alternative, une approche de récupération d’énergie directement sur le vêtement a été adoptée. Les dispositifs photovoltaïques sont des exemples d’appareils qui offrent une puissance raisonnable mais avec une tension relativement basse. De plus, ils impliquent des méthodes de fabrication complexes et nécessitent la lumière pour fournir de l’énergie. Le piézoélectrique est un autre dispositif qui génère une tension importante mais ne fournit que des courants de l’ordre du μA.
Dans ce contexte, la charge sans fil peut offrir des avantages considérables, les chercheurs se tournant vers les MXenes et les intégrant directement aux textiles.
Pour aider à faire des e‑textiles une partie de nos garde‑robes, des chercheurs de l’Université Drexel ont collaboré avec Accenture Labs en Californie pour créer une grille énergétique textile complète pouvant être chargée sans fil.
Detailing the process and viability of building a grid, la dernière étude, supported by the National Institutes of Health, reported making use of ink composed of MXene to print on nonwoven cotton textiles.
Cette impression peut être réalisée facilement à l’aide de méthodes d’impression directe, et l’encre peut être séchée à température ambiante puis appliquée sur les textiles.
La grille énergétique portée sur le vêtement de l’Université Drexel peut alimenter des appareils électroniques réels, y compris un capteur sEMG, et transmettre des données en temps réel. L’équipe a également créé un chauffage Joule sans fil, alimenté directement par leur bobine MXene.
MXene: Un nanomatériau 2D aux possibilités infinies
Créé à Drexel même, le MXene est un type de nanomatériau qui n’est pas seulement hautement conducteur, mais aussi suffisamment durable pour résister aux lavages, aux étirements et aux plis que les vêtements doivent subir.
En plus de sa conductivité naturelle, le MXene est imperméable aux rayonnements électromagnétiques et peut se disperser dans l’eau sous forme de solution colloïdale stable. Cela permet de revêtir facilement les textiles de MXene sans recourir à des additifs chimiques. Le MXene présente également une super‑supercapacité et montre un fort potentiel pour les capteurs. Ces nanoflakes peuvent être placés n’importe où et sur presque toutes les surfaces.
Toutes ces qualités confèrent au MXene un avantage distinct par rapport aux autres matériaux et en font un candidat idéal pour être intégré aux textiles afin d’ajouter des fonctionnalités et de générer et stocker de l’énergie électrique. Comme l’a souligné l’Université Drexel:
« Les possibilités pour les MXenes sont infinies. »
For instance, researchers have développé a scalable strategy to fabricate high-performance films of titanium carbide MXene flakes that have promising applications in aerospace, biomedicine, and flexible electronic devices. Elsewhere, scientists have découvert p-type properties in a new MXene material to advance its potential for nanotechnology applications. Another team is débloquant the potential of MXene in catalysis to facilitate ammonia’s use as a hydrogen carrier for renewable energy storage.
En fait, c’était il y a plus d’une décennie que des chercheurs de Drexel, au sein du département de science et génie des matériaux du College of Engineering, ont découvert cette famille de carbures ou nitrures 2D. Épais de seulement quelques atomes, la structure du matériau a montré un potentiel immense en termes de ses attributs et de ses utilisations.
Il n’existe pas un seul MXene ; il y en a de nombreux différents avec encore plus de possibilités.
« Le ciel est vraiment la limite. »
– Yury Gogotsi, professeur au College of Engineering de Drexel et directeur de l’A.J. Drexel Nanomaterials Institute, il y a plusieurs années
Ensuite, les chercheurs ont commencé à explorer la possibilité d’adapter le MXene comme revêtement capable d’imprégner un large éventail de matériaux de ses propriétés exceptionnelles.
Aujourd’hui, avec la dernière preuve de concept, l’Université a réalisé une autre avancée majeure, constituant un grand pas pour la technologie portable, actuellement limitée par l’utilisation de batteries volumineuses et rigides qui ne sont pas entièrement intégrées aux vêtements.
En évoquant le fait que les sources d’énergie encombrantes nécessitant des composants rigides ne sont pas idéales, le responsable de l’étude, Gogotsi, a expliqué qu’elles sont simplement inconfortables et intrusives pour le porteur.
Bien que les e‑textiles puissent être branchés au mur, l’alimentation directe restreint les mouvements. Il a ajouté:
« (Ils aussi) ont tendance à échouer à l’interface entre l’électronique dure et le textile souple avec le temps. »
Ces interfaces peuvent réduire le confort de l’utilisateur et sont sujettes à des défaillances mécaniques. Ensuite, il y a la question de la lavabilité des e‑textiles, qui est assez difficile à gérer.
Ainsi, l’équipe de recherche de Drexel a imprimé la grille textile sur un substrat en coton flexible et léger, qui ne mesurait qu’une petite taille de patch.
Elle comprend également une bobine résonante imprimée, appelée MX‑coil, qui convertit les ondes électromagnétiques en énergie pour permettre la charge sans fil. Il y a aussi trois supercondensateurs textiles qui stockent l’énergie et sont utilisés pour alimenter des appareils.
Cliquez ici pour en savoir plus sur le tissu qui peut convertir la chaleur en électricité.
Un « Patch » de supercondensateur pour le stockage d’énergie
Source: Drexel University
After studying the durability, electric conductivity, and energy storage capacity of MXene-functionalized textiles that weren’t optimized to power electronics beyond passive devices like LED lights, Drexel and Accenture Labs développé these supercapacitors last year.
À l’époque, l’équipe a rapporté que le supercondensateur pouvait se charger en quelques minutes seulement et alimenter ensuite un capteur de température ainsi que la transmission radio des données pendant environ deux heures.
Gogotsi, who co-authored the study, also noted at the time that in order to fully integrate tech into fabric, we must also be able to seamlessly integrate its power source.
« Notre invention montre la voie à suivre pour les dispositifs de stockage d’énergie textile. »
– Gogotsi
La facilité avec laquelle le MXene adhère au tissu permet au supercondensateur de Drexel d’afficher une haute densité d’énergie et de soutenir des applications fonctionnelles, ce qui est nécessaire pour mettre en œuvre le stockage d’énergie basé sur les textiles dans des applications réelles.
Le patch de supercondensateur textile MXene a été conçu dans le but de maximiser la capacité de stockage d’énergie en utilisant un minimum de matériau et peu d’espace. Ainsi, il a réduit le coût global de production tout en préservant la flexibilité et le confort du vêtement.
Pour créer le supercondensateur, de petits échantillons de textile en coton tissé ont été plongés dans une solution de MXene. Ils ont ensuite été superposés sur un gel électrolyte de chlorure de lithium. Chaque cellule du supercondensateur possède deux couches textiles, qui sont revêtues de MXene.
Pour obtenir un patch capable d’alimenter des appareils, cinq cellules ont été empilées sur une surface de 25 centimètres carrés afin de créer un pack d’alimentation capable de se charger jusqu’à 6 volts. Les cellules ont également été scellées sous vide pour éviter la dégradation des performances.
Le supercondensateur de l’équipe a pu alimenter un microcontrôleur Arduino Pro Mini 3,3 V, ce qui constituait l’une des plus fortes puissances totales jamais enregistrées pour un dispositif énergétique textile.
Le microcontrôleur a également pu transmettre la température sans fil toutes les 30 secondes pendant 96 minutes. Cette performance a été maintenue de façon constante pendant plus de 20 jours.
Permettre la charge sans fil dans les textiles
Après avoir créé le dispositif de stockage d’énergie, c’est‑à‑dire un supercondensateur, qui délivre l’énergie plus rapidement qu’une batterie, l’équipe a commencé à travailler sur la grille textile, qui comprenait une MX‑coil et trois supercondensateurs textiles.
L’équipe a démontré l’efficacité de son système pour alimenter diverses utilisations d’e‑textiles. Par exemple, la grille développée a pu se charger sans fil à 3,6 volts, ce qui suffit à alimenter des capteurs portables ainsi que des montres‑bracelets et des calculatrices. En plus des petits appareils, la grille avait la capacité d’alimenter même des circuits numériques dans des ordinateurs.
Lors des tests de la grille avec de petits appareils électroniques, il a été constaté qu’en la chargeant pendant seulement 15 minutes, la grille pouvait générer suffisamment d’énergie pour alimenter de petits appareils pendant plus de 90 minutes.
De plus, après avoir subi un cycle intensif de lavage et de flexion pour simuler l’usure que subit un vêtement ordinaire, les chercheurs ont constaté que les performances de la grille étaient à peine diminuées.
Sous la direction de Flavia Vitale, PhD, professeure associée de neurologie, des collaborateurs de l’Université de Pennsylvanie l’ont également testé pour des électrodes biosensorielles sans fil à base de MXene appelées MXtrodes, qui surveillent le mouvement musculaire.
En plus des applications portées nécessitant un stockage d’énergie, l’équipe a présenté des cas d’utilisation qui pourraient ne pas nécessiter de stockage d’énergie, comme les « situations avec des utilisateurs relativement sédentaires », a déclaré Alex Inman, PhD, assistant de recherche auprès de Gogotsi à l’A.J. Drexel Nanomaterials Institute.
À cet égard, l’équipe a utilisé le système pour alimenter un ensemble commercial de capteurs de température et d’humidité ainsi qu’un microcontrôleur afin de diffuser en temps réel les données collectées. Une charge sans fil d’une demi‑heure a alimenté la fonction énergivore de diffusion en temps réel des capteurs pendant 13 minutes.
La MX‑coil a également été utilisée pour alimenter un élément chauffant imprimé sur le textile, un chauffage Joule. Elle a généré une augmentation de température d’environ 4 degrés Celsius à titre de preuve de concept. Selon Gogotsi:
« De nombreuses technologies différentes pourraient être alimentées par la charge sans fil. L’élément principal à considérer lors du choix d’une application est qu’elle doit avoir du sens pour une utilisation portable. »
Alors que les capteurs biologiques, en tant que futur de la santé, peuvent être intégrés directement aux textiles pour augmenter la qualité et la fiabilité des données et améliorer le confort de l’utilisateur, Gogotsi a déclaré que leurs recherches montrent qu’une grille d’alimentation basée sur les textiles peut alimenter un nombre quelconque de périphériques.
Des retours haptiques portables pour les applications AR/VR comme le divertissement et la formation aux LED à base de fibres pour la mode ou la sécurité au travail et le contrôle d’électroniques externes, leur grille d’alimentation textile a démontré divers cas d’utilisation potentiels.
Bien qu’il s’agisse d’une grande réussite, des travaux supplémentaires sont encore nécessaires pour optimiser la conception afin de créer des comportements résonnants et d’autres matériaux pourraient également être ajoutés pour augmenter l’efficacité. À l’avenir, les chercheurs de Drexel se concentreront sur l’augmentation de l’échelle de leur système sans limiter sa capacité à être intégré aux textiles ni nuire à ses performances.
Dans l’ensemble, les matériaux MXene, selon Gogotsi et Inman, peuvent jouer un rôle majeur dans la transformation de diverses technologies en formes textiles.
« Nous produisons suffisamment d’énergie grâce à la charge sans fil pour alimenter de nombreuses applications différentes, donc les prochaines étapes reposent sur l’intégration. Une façon importante dont le MXene peut aider est qu’il peut être utilisé pour bon nombre de ces fonctionnalités – traces conductrices, antennes et capteurs. »
– Inman
Entreprises positionnées pour bénéficier de la concrétisation des e‑textiles
Smart clothing is a growing market, estimated to be currently valued at $5.16 billion, and il est prévu to grow at a CAGR of 26.2% from 2025 to 2030. With a growing focus on health and fitness among users, tech giants like Google (GOOGL ) and Apple (AAPL ) have created wearable tech and can potentially benefit from e-textiles as well.
En 2019, Levi (LEVI ) partnered with Google to launch its smart Trucker Jacket. It had Google’s Jacquard technology built in, which allows a particular section of fabric to be used to control mobile phones.
Les textiles à base de MXene peuvent également être précieux dans le domaine médical, où des entreprises comme Medtronic (MDT) peuvent les utiliser pour offrir confort et sécurité.
1. Vuzix Corporation
Les vêtements intelligents offrent de nombreuses possibilités d’utilisation et de croissance dans les industries de la réalité virtuelle (VR) et de la réalité augmentée (AR). Ils peuvent aider à brouiller les frontières entre les mondes physique et en ligne grâce à des signaux sensoriels tels que le retour haptique, créant des expériences plus immersives pour l’utilisateur.
Vuzix est un fournisseur de technologies d’affichage AR et VR portables. En intégrant des e‑textiles à base de MXene dans ses appareils portables, Vuzix peut améliorer considérablement l’expérience utilisateur en éliminant les packs de batteries externes sans limiter les mouvements de l’utilisateur.
VUZI Graphique du prix
À présent, si l’on examine sa performance boursière, les actions de l’entreprise dont la capitalisation boursière est de 76,2 millions de dollars ont baissé de 44,36 % cette année et s’échangent à 1,22 $ au moment de la rédaction. Elle affiche un BPA (TTM) de -1,26 et un PER (TTM) de -0,92.
For the Second Quarter of 2024, the company rapporté a decrease of 77% in its total revenues to $1.1 million versus $4.7 million in 2Q23. This drop was the result of lower product sales, particularly for M400 smart glasses.
La perte brute pour la période était de 0,3 million de dollars, résultant de revenus plus faibles qui n’ont pas pu couvrir les coûts fixes de production de l’entreprise. Les dépenses de recherche et développement s’élevaient quant à elles à 2,4 millions de dollars. Au 30 juin 2024, Vuzix disposait de 9,9 millions de dollars en liquidités et équivalents, tandis que son fonds de roulement global s’élevait à 22,1 millions de dollars.
2. Nike
Ce géant de l’habillement explore les vêtements intelligents depuis un certain temps, et l’intégration de vêtements à charge sans fil à base de MXene pourrait aider Nike à développer des tenues sportives avancées capables de suivre les données biométriques sans affecter la fonctionnalité et le confort de l’utilisateur.
Récemment, il dévoilé Aerogami, une nouvelle technologie d’habillement respirant dotée de ventilations réactives à l’humidité qui s’ouvrent et se ferment d’elles-mêmes en détectant la sueur. Elle aide les coureurs à mieux réguler leur température corporelle pendant l’exercice. Avec sa technologie d’habillement performant, Nike visait à « créer un produit qui interagit avec le corps des athlètes en temps réel lorsqu’ils s’échauffent, transpirent et se refroidissent. »
NKE Graphique du prix
À présent, pour examiner son aspect financier, Nike est une entreprise dont la capitalisation boursière est de 6 milliards de dollars, dont les actions s’échangent actuellement à 77,20 $, en baisse de 28,18 % cette année. Elle affiche un BPA (TTM) de 3,49 et un PER (TTM) de 22,36 tout en versant un rendement de dividende de 1,90 %.
For its fiscal 2025 financial results for the quarter ended 31 août 2024, the company rapporté a revenue of $11.6 billion, a decline of 10% year-on-year. Net income was also down 28% to $1.1 billion. While Nike has struggled in recent years with slowing consumer demand, it still holds a 40% market share in the sportswear industry.
Par ailleurs, ses liquidités et équivalents ainsi que ses placements à court terme s’élèvent à 10,3 milliards de dollars, soit environ 1,5 milliard de dollars de plus que l’année précédente. Les retours aux actionnaires ont continué d’augmenter, avec 558 millions de dollars versés en dividendes, tandis que 1,2 milliard de dollars ont été dépensés en rachats d’actions.
Conclusion
La technologie est le secteur à la croissance la plus rapide, influençant presque tous les aspects de nos vies, y compris notre garde‑robe. Cependant, les solutions flexibles et extensibles de stockage d’énergie textile restent sous‑développées dans la plupart des systèmes e‑textiles en raison des performances insuffisantes des matériaux et technologies actuellement disponibles.
Avec la recherche et l’innovation continues, nous pourrons enfin voir les vêtements intelligents devenir une réalité. Ici, le matériau miracle qu’est le MXene offre de grandes promesses grâce à sa polyvalence, qui peut non seulement rendre les e‑textiles possibles mais aussi avoir le potentiel de répondre aux futures demandes énergétiques.
