Energie
Draadloos Opgeladen Slimme Kleding Nu Mogelijk met MXene Ink Doorbraak
Voeg Securities.io toe aan je voorkeursbronnen op Google
Technologische vooruitgangen hebben alles vandaag de dag slim gemaakt, van onze telefoons, koelkasten, tv's, horloges, fietsen, auto’s en portemonnees tot ovens, brillen, deurbel, thermostaten en tandenborstels.
Een ander ding dat slim wordt en waar je misschien niet op rekende, is je kleding. Precies! Zelfs kledingstukken en textiel worden slim. Stel je textiel voor dat je temperatuur, beweging en druk kan waarnemen en erop kan reageren.
De alomtegenwoordigheid van textiel, evenals hun grote oppervlak en nabijheid tot de drager, maakt het integreren van functionaliteit erin eigenlijk een veelbelovende onderneming.
Hoewel veel toonaangevende modebedrijven beloftes hebben gedaan, zijn slimme kleding met sensoren en next‑gen textiel nog geen vast onderdeel van ons dagelijks leven. Dit komt doordat textielgebaseerde elektronica of e‑textiel een stroomvoorziening op het textiel nodig heeft, wat het draagcomfort negatief kan beïnvloeden.
Als alternatief is een energie‑opwekkingsroute op het kledingstuk gekozen. Fotovoltaïsche apparaten zijn voorbeelden van apparaten die een redelijk vermogen leveren, maar met relatief lage spanning. Bovendien hebben ze ingewikkelde fabricagemethoden en hebben ze licht nodig om stroom te leveren. Piëzo‑elektrisch is een andere optie die een aanzienlijke spanning genereert, maar stromen in de μA‑range levert.
Hier kan draadloos opladen aanzienlijke voordelen bieden, waarbij onderzoekers zich wenden tot MXenes en deze direct in textiel integreren.
Om e‑textiel een onderdeel van onze garderobe te maken, hebben onderzoekers van Drexel University samengewerkt met Accenture Labs in Californië om een volledig textiel‑energiemesh te bouwen dat draadloos kan worden opgeladen.
Door het proces en de haalbaarheid van het bouwen van een grid te beschrijven, de nieuwste studie, ondersteund door de National Institutes of Health, meldde het gebruik van inkt samengesteld uit MXene om te printen op non‑woven katoenen textiel.
Deze print kan eenvoudig worden uitgevoerd met directe printmethoden, en de inkt kan bij kamertemperatuur drogen en op textiel worden aangebracht.
Het energie‑grid op het kledingstuk van Drexel University kan real‑world elektronica van stroom voorzien, waaronder een sEMG‑sensor, en gegevens in realtime verzenden. Het team heeft ook een draadloze Joule‑verwarmer gemaakt, die rechtstreeks werd aangedreven door hun MXene‑spoel.
MXene: Een 2D‑nanomateriaal met eindeloze mogelijkheden
Gemaakt bij Drexel zelf, is MXene een type nanomateriaal dat niet alleen zeer geleidend is, maar ook duurzaam genoeg om de was, rek en vouwen die kleding moet doorstaan te weerstaan.
Naast zijn natuurlijke geleidbaarheid is MXene ondoordringbaar voor elektromagnetische straling en kan het zich in water verspreiden als een stabiele colloïdale oplossing. Dit maakt een eenvoudige coating van textiel met MXene mogelijk zonder chemische toevoegingen. MXene vertoont ook super‑supercapaciteit en toont potentie in sensoren. Deze nanoflakes kunnen overal worden geplaatst en op bijna elk oppervlak.
Al deze eigenschappen geven MXene een duidelijk voordeel ten opzichte van andere materialen en maken het een ideale kandidaat om in textiel te integreren om functionaliteit toe te voegen en elektrische energie te genereren en op te slaan. Zoals Drexel University opmerkte:
“De mogelijkheden voor MXenes zijn eindeloos.”
Zo hebben onderzoekers ontwikkeld een schaalbare strategie om high‑performance films van titaniumcarbide‑MXene‑flakes te fabriceren die veelbelovende toepassingen hebben in de lucht‑ en ruimtevaart, biomedische sector en flexibele elektronische apparaten. Elders hebben wetenschappers ontdekt p‑type eigenschappen in een nieuw MXene‑materiaal om het potentieel voor nanotechnologie‑toepassingen te vergroten. Een ander team is ontsloten het potentieel van MXene in katalyse om het gebruik van ammoniak als waterstofdrager voor hernieuwbare energieopslag te vergemakkelijken.
Het was eigenlijk meer dan een decennium geleden dat onderzoekers van Drexel aan de College of Engineering, afdeling Materials Science and Engineering, deze familie van 2D‑carbiden of nitriden ontdekten. Slechts enkele atomen dik, toonde de structuur van het materiaal enorme potentie wat betreft eigenschappen en toepassingen.
Er is niet slechts één MXene; er zijn veel verschillende en nog veel meer mogelijke varianten.
“De lucht is echt de limiet.”
– Yury Gogotsi, een professor aan het College of Engineering van Drexel en directeur van het A.J. Drexel Nanomaterials Institute, jaren geleden
Vervolgens begonnen de onderzoekers de mogelijkheid te verkennen om MXene als coating aan te passen die een breed scala aan materialen kan voorzien van zijn uitzonderlijke eigenschappen.
Nu, met het nieuwste proof‑of‑concept, heeft de universiteit weer een enorme ontwikkeling gerealiseerd, wat een grote stap is voor draagbare technologie, die momenteel beperkt wordt door het gebruik van omvangrijke, stijve batterijen die niet volledig in kleding zijn geïntegreerd.
Over hoe omvangrijke energievoorzieningen die stijve componenten vereisen niet ideaal zijn, legde de studieleider Gogotsi uit dat ze simpelweg oncomfortabel en indringend zijn voor de drager.
Hoewel e‑textiel in het stopcontact kan worden gestoken, beperkt directe stroom de beweging. Hij voegde toe:
“(Ze) hebben ook de neiging om na verloop van tijd te falen op de interface tussen de harde elektronica en het zachte textiel.”
Deze interfaces kunnen het draagcomfort verminderen en zijn vatbaar voor mechanische storingen. Daarnaast is er het probleem van wasbaarheid bij e‑textiel, wat behoorlijk moeilijk te hanteren is.
Dus printte het Drexel‑onderzoeksteam het textiel‑grid op een flexibel, lichtgewicht katoenen substraat, dat slechts een kleine patch‑grootte had.
Het bevat bovendien een geprinte resonatorspoel, een MX‑coil genoemd, die elektromagnetische golven omzet in energie om draadloos opladen mogelijk te maken. Er zijn ook drie textiel‑supercondensatoren die energie opslaan en worden gebruikt om apparaten van stroom te voorzien.
Klik hier om meer te leren over de stof die warmte kan omzetten in elektriciteit.
Een Supercondensator‑‘Patch’ voor Energieopslag
Bron: Drexel University
Nadat de duurzaamheid, elektrische geleidbaarheid en energieopslagcapaciteit van met MXene functionele textiel waren bestudeerd, die niet geoptimaliseerd waren om elektronica van stroom te voorzien buiten passieve apparaten zoals LED‑lampen, hebben Drexel en Accenture Labs ontwikkelden deze supercondensatoren vorig jaar.
Destijds meldde het team dat de supercondensator in enkele minuten kon opladen en vervolgens een temperatuursensor en radiocommunicatie van gegevens ongeveer twee uur van stroom kon voorzien.
Gogotsi, die mede‑auteur van de studie was, merkte destijds ook op dat om technologie volledig in stof te integreren, we ook in staat moeten zijn om de energiebron naadloos te integreren.
“Onze uitvinding toont de weg vooruit voor textiel‑energieopslagapparaten.”
– Gogotsi
Het gemak waarmee MXene zich aan de stof hecht, stelt de supercondensator van Drexel in staat een hoge energiedichtheid te tonen en functionele toepassingen te ondersteunen, wat vereist is om textielgebaseerde energieopslag in real‑life toepassingen te implementeren.
De MXene‑textiel supercondensator‑patch is ontworpen met als doel de energieopslagcapaciteit te maximaliseren met minimaal materiaal en weinig ruimte. Op deze manier werd de totale productiekost verlaagd en tegelijkertijd de flexibiliteit en draagbaarheid van het kledingstuk behouden.
Om nu de supercondensator te maken, werden kleine stukjes geweven katoenen textiel ondergedompeld in een MXene‑oplossing. Vervolgens werd het gelaagd op een lithiumchloride‑elektrolytgell. Elke supercondensatorcel heeft twee textiellagen, die met MXene zijn gecoat.
Om een patch te hebben die apparaten kan aandrijven, werden vijf cellen gestapeld met een oppervlakte van 25 vierkante centimeter om een energie‑pakket te creëren dat tot 6 volt kan opladen. De cellen werden bovendien vacuüm verzegeld om prestatie‑degradatie te voorkomen.
De supercondensator van het team kon een Arduino Pro Mini 3,3 V microcontroller van stroom voorzien, wat een van de hoogste totale vermogensoutput ooit geregistreerd voor een textiel‑energieapparaat was.
De microcontroller kon ook elke 30 seconden draadloos temperatuur verzenden gedurende 96 minuten. Deze prestatie werd consequent gedurende meer dan 20 dagen gehandhaafd.
Draadloos Opladen in Textiel Mogelijk Maken
Nadat ze het energieopslagapparaat, d.w.z. een supercondensator, hadden gecreëerd, die energie sneller levert dan een batterij, begon het team te werken aan het textiel‑grid, dat een MX‑coil en drie textiel‑supercondensatoren omvatte.
Het team toonde de effectiviteit van hun systeem aan bij het aandrijven van verschillende e‑textieltoepassingen. Bijvoorbeeld, het ontwikkelde grid kon draadloos opladen op 3,6 volt, wat voldoende is om draagbare sensoren evenals horloges en rekenmachines van stroom te voorzien. Naast kleine apparaten had het grid de capaciteit om zelfs digitale circuits in computers van stroom te voorzien.
Bij het testen van het grid met kleine elektronische apparaten bleek dat, door het slechts 15 minuten op te laden, het grid genoeg energie kon genereren om kleine apparaten meer dan 90 minuten van stroom te voorzien.
Bovendien, na een uitgebreide was‑ en buigcyclus te hebben doorlopen om de slijtage van gewone kleding te simuleren, ontdekten de onderzoekers dat de prestaties van het grid nauwelijks afnamen.
Onder leiding van Flavia Vitale, PhD, een universitair hoofddocent neurologie, testten medewerkers van de University of Pennsylvania het ook voor draadloze MXene‑gebaseerde biosensor‑elektroden, MXtrodes genaamd, die spierbewegingen monitoren.
Naast toepassingen op kleding die energieopslag vereisen, toonde het team die gebruikssituaties die geen energieopslag nodig hebben, zoals “situaties met relatief sedentair gebruikers,” zei Alex Inman, PhD, een onderzoeksassistent bij Gogotsi in het A.J. Drexel Nanomaterials Institute.
In dit opzicht gebruikte het team het systeem om een kant‑en‑klare reeks temperatuur‑ en vochtigheidssensoren, samen met een microcontroller, van stroom te voorzien om de verzamelde gegevens in realtime uit te zenden. Een draadloze lading van slechts een half uur voedde de energie‑intensieve functie van realtime uitzending van de sensoren gedurende 13 minuten.
De MX‑coil werd verder gebruikt om een geprinte, op textiel gemonteerde verwarmingselement, een Joule‑verwarmer, van stroom te voorzien. Het genereerde een temperatuurstijging van ongeveer 4 graden Celsius als proof‑of‑concept. Volgens Gogotsi:
“Veel verschillende technologieën kunnen worden aangedreven door draadloos opladen. Het belangrijkste om te overwegen bij het kiezen van een toepassing is dat deze logisch moet zijn voor een draagbare toepassing.”
Hoewel biologische sensoren, als de toekomst van de gezondheidszorg, direct in textiel kunnen worden geïntegreerd om de kwaliteit en betrouwbaarheid van gegevens te verhogen en het draagcomfort te verbeteren, stelde Gogotsi dat hun onderzoek aantoont dat een textielgebaseerd energienet elk aantal randapparaten kan aandrijven.
Van draagbare haptiek voor AR/VR‑toepassingen zoals entertainment en training tot vezelgebaseerde LED’s voor mode of veiligheid op de werkvloer en het aansturen van externe elektronica, hun textielgebaseerde energienet heeft verschillende potentiële gebruiksscenario’s aangetoond.
Hoewel het een grote prestatie is, is er nog meer werk nodig om het ontwerp te optimaliseren om resonante gedrag te creëren en kunnen andere materialen worden toegevoegd om de efficiëntie te verhogen. In de toekomst zullen de Drexel‑onderzoekers zich richten op het opschalen van hun systeem zonder de mogelijkheid tot integratie in textiel te beperken of de prestaties negatief te beïnvloeden.
Over het geheel genomen kunnen MXene‑materialen, volgens Gogotsi en Inman, een belangrijke rol spelen bij het omzetten van verschillende technologieën naar textielvormen.
“We produceren voldoende vermogen uit het draadloze opladen om veel verschillende toepassingen van stroom te voorzien, dus de volgende stappen draaien om integratie. Een belangrijke manier waarop MXene hierbij kan helpen, is dat het kan worden gebruikt voor veel van deze functionaliteiten – geleidende sporen, antennes en sensoren.”
– Inman
Bedrijven die Geplaatst Zijn om te Profiteren van e‑Textiel dat Realiteit Wordt
Smart clothing is een groeiende markt, momenteel geschat op $5,16 miljard, en wordt verwacht te groeien met een CAGR van 26,2% van 2025 tot 2030. Met een groeiende focus op gezondheid en fitness onder gebruikers, hebben tech‑giganten zoals Google (GOOGL ) en Apple (AAPL ) draagbare technologie ontwikkeld en kunnen ze mogelijk profiteren van e‑textiel.
In 2019 werkte Levi (LEVI ) samen met Google om zijn slimme Trucker‑Jacket te lanceren. Het bevatte Google’s Jacquard‑technologie, waarmee een specifiek gedeelte van de stof kan worden gebruikt om mobiele telefoons te bedienen.
MXene‑gebaseerde textielen kunnen ook waardevol zijn in de medische wereld, waar bedrijven zoals Medtronic (MDT) ze kunnen gebruiken om comfort en veiligheid te bieden.
Laten we nu twee bedrijven bekijken die echt kunnen profiteren van de voortdurende vooruitgang in slimme kleding.
1. Vuzix Corporation
Slimme kleding heeft veel potentieel voor gebruik en groei in de virtual‑reality (VR) en augmented‑reality (AR) industrieën. Het kan de grenzen tussen de fysieke en online werelden vervagen via sensorische signalen zoals haptische feedback, waardoor meer meeslepende ervaringen voor de gebruiker worden gecreëerd.
Vuzix is een leverancier van draagbare AR‑ en VR‑displaytechnologie. Door MXene‑gebaseerde e‑textielen in hun wearables te integreren, kan Vuzix de gebruikerservaring aanzienlijk verbeteren door externe batterijpakketten te elimineren zonder de beweging van de gebruiker te beperken.
VUZI Prijsgrafiek
Als we nu naar de marktprestaties kijken, zijn de aandelen van het bedrijf met een marktkapitalisatie van $76,2 miljoen dit jaar met 44,36% gedaald en worden ze verhandeld tegen $1,22 op het moment van schrijven. Het heeft een EPS (TTM) van -1,26 en een P/E (TTM) van -0,92.
Voor het tweede kwartaal van 2024 rapporteerde het bedrijf een daling van 77% in de totale omzet tot $1,1 miljoen tegenover $4,7 miljoen in 2Q23. Deze daling was het gevolg van lagere productverkopen, met name voor de M400 smart glasses.
Het bruto verlies voor de periode bedroeg $0,3 miljoen, wat het gevolg was van lagere inkomsten die de vaste productiekosten van het bedrijf niet konden dekken. De onderzoeks‑ en ontwikkelingskosten bedroegen ondertussen $2,4 miljoen. Per 30 juni 2024 had Vuzix $9,9 miljoen aan contanten en kasequivalenten, terwijl de totale werkkapitaalpositie $22,1 miljoen bedroeg.
2. Nike
Deze kledinggigant verkent al geruime tijd slimme kleding, en het integreren van MXene‑gebaseerde draadloos oplaadbare kledingstukken kan Nike helpen geavanceerde sportkleding te ontwikkelen die biometrische gegevens kan volgen zonder de functionaliteit en het comfort van de gebruiker te beïnvloeden.
Onlangs onthulde Nike Aerogami, een nieuwe ademende kledingtechnologie met vocht‑reactieve ventilaties die vanzelf openen en sluiten bij het detecteren van zweet. Het helpt hardlopers hun lichaamstemperatuur beter te reguleren tijdens het sporten. Met zijn prestatie‑kledingtechnologie streefde Nike ernaar “een product te creëren dat in realtime interacteert met de lichamen van atleten terwijl ze opwarmen, zweten en afkoelen.”
NKE Prijsgrafiek
Om nu naar de financiële kant te kijken, is Nike een bedrijf met een marktkapitalisatie van $6 miljard waarvan de aandelen momenteel handelen tegen $77,20, dit jaar met een daling van 28,18%. Het heeft een EPS (TTM) van 3,49 en een P/E (TTM) van 22,36, terwijl het een dividendrendement van 1,90% uitkeert.
Voor de fiscale resultaten van 2025 voor het kwartaal eindigend op 31 augustus 2024 rapporteerde het bedrijf een omzet van $11,6 miljard, een daling van 10% jaar‑op‑jaar. De nettowinst daalde ook met 28% tot $1,1 miljard. Hoewel Nike de afgelopen jaren heeft geworsteld met een afnemende consumenten vraag, behoudt het nog steeds een marktaandeel van 40% in de sportkledingindustrie.
Intussen staan de contanten en kasequivalenten en kortetermijninvesteringen op $10,3 miljard, ongeveer $1,5 miljard hoger dan vorig jaar. De uitkeringen aan aandeelhouders bleven toenemen, met $558 miljoen aan dividenden, terwijl $1,2 miljard werd besteed aan aandeleninkoop.
Conclusie
Technologie is de snelst groeiende sector, die bijna elk gebied van ons leven beïnvloedt, inclusief onze garderobe. Flexibele en rekbare textiel‑energieopslagoplossingen blijven echter onderontwikkeld bij de meeste e‑textielsystemen vanwege de ontoereikende prestaties van de momenteel beschikbare materialen en technologieën.
Met voortgezet onderzoek en innovatie kunnen we uiteindelijk slimme kleding werkelijkheid zien worden. Hier biedt het wondermateriaal MXene grote beloftes met zijn veelzijdigheid, die niet alleen e‑textiel mogelijk maakt, maar ook het potentieel heeft om toekomstige energiebehoeften aan te pakken.
