Een lichtgewicht, compacte en efficiënte supercondensator gedrukt op een flexibel plastic vel is ontwikkeld door onderzoekers van het Indian Institute of Science (IISc).

Supercondensatoren zijn apparaten die ooit de batterijen van elektrische auto's zouden kunnen vervangen, mobiele telefoons of laptops, omdat ze heel snel opladen, en werken met bijna 100 procent efficiëntie. Maar ze zijn meestal omvangrijk en kunnen slechts beperkte hoeveelheden energie opslaan. Het is een uitdaging gebleken om hun omvang te verkleinen zonder verlies van efficiëntie. Het fabriceren ervan met behulp van bestaande methoden is ook kostbaar en ingewikkeld.

In de huidige studie, het IISc-team creëerde een compacte supercondensator door een eenvoudige spraycoatingtechniek te gebruiken om afwisselende lagen hybride nanocomposieten op een buigbare plastic plaat te deponeren. De laag-voor-laag patronen vergrootten het oppervlak en versterkten de beweging van ladingen, waardoor het apparaat efficiënter is dan bestaande supercondensatoren.

"We kunnen deze supercondensatoren eigenlijk overal printen, op elk substraat; daardoor kunnen ze eenvoudig op elk oppervlak worden gemonteerd, net als een simpele spray op de muren, " zegt senior auteur Abha Misra, universitair hoofddocent bij de afdeling Instrumentatie en Technische Natuurkunde, IISc.

De studie is gepubliceerd in ACS toegepaste materialen en interfaces .

Supercondensatoren zijn handig voor het snel vrijgeven van grote uitbarstingen van energie, in een zaklamp van een camera, bijvoorbeeld, of bij dynamische remmen in auto's, treinen en liften. Ze worden niet alleen snel opgeladen, maar gaan ook langer mee en zijn minder giftig dan batterijen.

In tegenstelling tot een batterij die chemische reacties gebruikt, een supercondensator gebruikt statische elektriciteit om lading op te slaan. Het heeft twee elektroden gedoopt in een elektrolyt en gescheiden door een dunne isolator. Als de elektroden zijn opgeladen, er ontstaat een elektrisch veld tussen hen, waardoor energie kan worden opgeslagen. Hoe groter het oppervlak van de elektroden, des te groter is de lading die kan worden opgeslagen.

Momenteel gebruikte supercondensatoren kunnen niet concurreren met batterijen in energieopslag; een supercondensator met dezelfde opslagcapaciteit als een gewone batterij zou tot 40 keer zoveel wegen. Om ze zowel licht als efficiënt te maken, onderzoekers hebben geprobeerd materialen zoals koolstofnanobuisjes of gereduceerd grafeenoxide te gebruiken om de elektroden voor te bereiden. Met behulp van traditionele lithografie om ze te fabriceren, echter, creëert bulkstructuren met minder oppervlakte voor ladingen om te bewegen. Het proces is ook duur en tijdrovend.

In plaats daarvan, Het team van Misra gebruikte een eenvoudige spuittechniek om dunne, afwisselende lagen van MnO ₂ -gecoate koolstofnanobuisjes (CNT's) en gereduceerd grafeenoxide (rGO). Deze lagen werden bovenop een roestvrijstalen masker gestapeld dat op een standaard PET-kunststofvel was gemonteerd. Dit type patroon vergroot niet alleen het oppervlak, maar plaatste de materialen ook strategisch zodat ladingen efficiënt konden bewegen.

De gelaagde hybride supercondensator vertoonde een veel grotere capaciteit - een maat voor hoeveel energie kan worden opgeslagen - in vergelijking met structuren die alleen CNT hadden, alleen rGO, of een willekeurige mix van de twee materialen. Voor dezelfde maat, het toonde ook een grotere opslagcapaciteit dan bestaande supercondensatoren die tot nu toe zijn gemeld. Het buigen van het met supercondensator bedrukte vel had ook geen invloed op de prestaties, waardoor het bruikbaar is voor flexibele energieopslagtoepassingen.