Een doorbraak in de technologie voor energieopslag zou een nieuwe generatie flexibele elektronische apparaten tot leven kunnen brengen, inclusief protheses op zonne-energie voor geamputeerden.

In een nieuw artikel dat vandaag in het tijdschrift is gepubliceerd: Geavanceerde wetenschap , een team van ingenieurs van de Universiteit van Glasgow bespreekt hoe ze lagen grafeen en polyurethaan hebben gebruikt om een ​​flexibele supercondensator te creëren die stroom van de zon kan opwekken en overtollige energie kan opslaan voor later gebruik.

Ze demonstreren de effectiviteit van hun nieuwe materiaal door een reeks apparaten van stroom te voorzien, inclusief een reeks van 84 energieverslindende LED's en de motoren met hoog koppel in een prothetische hand, waardoor het een reeks objecten kan grijpen.

Het onderzoek naar energie-autonome e-skin en wearables is de nieuwste ontwikkeling van de onderzoeksgroep Bendable Electronics and Sensing Technologies (BEST) van de University of Glasgow, onder leiding van professor Ravinder Dahiya.

De bovenste aanraakgevoelige laag ontwikkeld door de BEST-groepsonderzoekers is gemaakt van grafeen, een zeer flexibele, transparante 'super-materiële' vorm van koolstoflagen van slechts één atoom dik.

Zonlicht dat door de bovenste laag grafeen gaat, wordt gebruikt om stroom op te wekken via een laag flexibele fotovoltaïsche cellen eronder. Eventueel overtollig vermogen wordt opgeslagen in een nieuw ontwikkelde supercondensator, gemaakt van een grafiet-polyurethaan composiet.

Het team werkte aan de ontwikkeling van een verhouding van grafiet tot polyurethaan die een relatief grote, elektroactieve oppervlakte waar energieopwekkende chemische reacties kunnen plaatsvinden, het creëren van een energiedichte flexibele supercondensator die zeer snel kan worden opgeladen en ontladen.

Soortgelijke supercondensatoren die eerder zijn ontwikkeld, hebben spanningen van één volt of minder geleverd, waardoor enkele supercondensatoren grotendeels ongeschikt zijn voor het voeden van veel elektronische apparaten. De nieuwe supercondensator van het team kan 2,5 volt leveren, waardoor het meer geschikt is voor veel voorkomende toepassingen.

Bij laboratoriumtesten, de supercondensator is gevoed, ontladen en weer gevoed 15, 000 keer zonder noemenswaardig verlies in zijn vermogen om de opgewekte stroom op te slaan.

Professor Ravinder Dahiya, Hoogleraar elektronica en nano-engineering aan de School of Engineering van de Universiteit van Glasgow, die dit onderzoek leidde, zei:"Dit is de nieuwste ontwikkeling in een reeks successen die we hebben gehad bij het creëren van flexibele, op grafeen gebaseerde apparaten die zichzelf van zonlicht kunnen voorzien.

"Onze vorige generatie flexibele e-skin had ongeveer 20 nanowatt per vierkante centimeter nodig voor zijn werking, dat is zo laag dat we zelfs met de fotovoltaïsche cellen van de laagste kwaliteit op de markt overtollige energie kregen.

"We wilden graag zien wat we konden doen om die extra energie op te vangen en op te slaan voor gebruik op een later tijdstip, maar we waren niet tevreden met de huidige soorten energieopslagapparaten zoals batterijen om het werk te doen, omdat ze vaak zwaar zijn, niet flexibel, geneigd om warm te worden, en langzaam opladen.

"Onze nieuwe flexibele supercondensator, die is gemaakt van goedkope materialen, brengt ons op enige afstand naar ons uiteindelijke doel om volledig zelfvoorzienende flexibele, apparaten op zonne-energie die de opgewekte stroom kunnen opslaan.

"Er is een enorm potentieel voor apparaten zoals protheses, draagbare gezondheidsmonitors, en elektrische voertuigen die deze technologie bevatten, en we willen graag doorgaan met het verfijnen en verbeteren van de doorbraken die we al op dit gebied hebben gemaakt."

De krant van het team, getiteld "Graphene-Graphite Polyurethaan Composites gebaseerde High-Energy Density Flexible Supercapacitors, " is gepubliceerd in Geavanceerde wetenschap .