(PhysOrg.com) -- In een poging om draagbare elektronica te ontwikkelen, onderzoekers hebben een nieuwe ultradunne supercondensator ontworpen met een capaciteit die zes keer hoger is dan die van elke huidige commerciële supercondensator. Bovendien, de nieuwe supercondensator werd getest in een getwiste toestand om zijn goede elektrochemische eigenschappen met hoge flexibiliteit aan te tonen.

De onderzoekers, Chuizhou Meng, et al., van het Tsinghua-Foxconn Nanotechnology Research Center aan de Tsinghua University in Peking hebben hun resultaten gepubliceerd in een recent nummer van Nano-letters .

Zoals de onderzoekers uitleggen, draagbare elektronische apparaten worden steeds kleiner en flexibeler. Echter, de energiebeheercomponenten - b.v. batterijen en supercondensatoren - hebben de neiging om achter te blijven bij de andere componenten als het gaat om kleine afmetingen en flexibiliteit. specifiek, supercondensatoren worden beperkt door hun conventionele configuratie, dat is een separator die is ingeklemd tussen twee elektroden die zijn verzegeld in vloeibaar elektrolyt. De twee belangrijkste nadelen van deze configuratie zijn dat de vloeibare elektrolyt veiligheidsinkapselingsmaterialen vereist om lekkage te voorkomen, en de meerdere delen van het systeem die ten opzichte van elkaar bewegen, verminderen de prestaties en de levensduur van het apparaat.

In een poging om een ​​energieopslagapparaat te ontwerpen dat kleiner en flexibeler is dan eerdere apparaten, de onderzoekers wendden zich tot op koolstof gebaseerde materialen. Door gebruik te maken van twee enigszins gescheiden elektroden gemaakt van polyaniline (een geleidend polymeer) en koolstofnanobuisjes, en ze te laten stollen in een elektrolyt in vaste toestand van gelpolymeer (tegelijkertijd werkend als separator), de onderzoekers konden een zeer flexibele supercondensator fabriceren die zo dun was als een standaard stuk papier. De nieuwe materialen en geen bewegende delen stelden de onderzoekers in staat om de problemen met de conventionele configuratie te overwinnen, en verder de afmeting verkleinen en de flexibiliteit van de inrichting vergroten.

"We hebben de microstructuur op een innovatieve manier ontworpen en de configuratie van onze supercondensatoren geoptimaliseerd om effectief volledig gebruik te maken van elk noodzakelijk onderdeel, ” vertelde co-auteur Changhong Liu aan PhysOrg.com. "We hebben de stroomafnemers van zwaar metaal en de omvangrijke inkapseling van conventionele supercondensatoren weggelaten. Hier, koolstofnanobuisjes vormden een goed elektrisch geleidend netwerk, polyaniline zorgde voor een extreem grote pseudocapaciteit, en de ultradunne middelste gelpolymeer-elektrolytlaag fungeerde tegelijkertijd als een separator. Algemeen, de apparaten zijn erg flexibel en papierachtig.”

Bij testen, de onderzoekers toonden aan dat de nieuwe supercondensator een capaciteit heeft van 31,4 F / g wanneer hij wordt gedraaid, vergeleken met 5,2 F/g voor de huidige commerciële supercondensatoren. De nieuwe supercondensator vertoonde ook superieure eigenschappen op andere gebieden, zoals een hoge vermogensdichtheid, lage lekstroom, en lange levensduur. De onderzoekers voorspellen dat deze eigenschappen verder kunnen worden verbeterd door de materialen en structuur van het apparaat te optimaliseren, bijvoorbeeld door de afstand tussen elektroden te verkorten.

"Voor zover wij weten, deze flexibele papierachtige supercondensator heeft een veel hogere specifieke capaciteit dan de huidige conventionele commerciële op hoog niveau, ' zei Liu, eraan toevoegend dat de onderzoekers niet konden garanderen dat ze op de hoogte waren van elk commercieel apparaat.

De onderzoekers lieten ook zien hoe drie in serie geschakelde gedraaide supercondensatoren kunnen worden gebruikt om een ​​rode LED te verlichten. Na 15 minuten opladen bij 2,5 V, de opgerolde supercondensatoren verlichtten de LED bijna 30 minuten. Gezien de hoge capaciteit en flexibiliteit die de huidige commerciële supercondensatoren overtreffen, de nieuwe supercondensator moet aantrekkelijk zijn voor gebruik in draagbare elektronica, een gebied dat nog maar pas begint te worden verkend.

"We denken dat dit lichtgewicht en flexibele energieopslagapparaat een groot toepassingspotentieel zal hebben in toekomstige draagbare elektronica, ' zei Liu. "Bijvoorbeeld, geïntegreerd met flexibele weergavetechnologie, het zal een flexibel elektronisch boek echt papierachtig maken, door veel gewicht en ruimte te besparen. En in de toekomst, wanneer flexibele grootschalige geïntegreerde schakelingen werkelijkheid worden, er wordt veel verwacht van een lichtgewicht en flexibele notebookcomputer.”

Copyright 2010 PhysOrg.com.
Alle rechten voorbehouden. Dit materiaal mag niet worden gepubliceerd, uitzending, geheel of gedeeltelijk herschreven of herverdeeld zonder de uitdrukkelijke schriftelijke toestemming van PhysOrg.com.