(Phys.org) —De meeste batterijen, supercondensatoren, en andere energieopslagapparaten zijn gebaseerd op een sandwichstructuur, waar twee elektroden tegenover elkaar staan ​​en de lading ertussen stroomt. Echter, wanneer deze structuren worden gevouwen of gebogen, de elektroden kunnen gemakkelijk breken of het apparaat kan kortsluiten als de elektroden in direct contact komen. In een nieuwe studie, onderzoekers hebben een nieuw ontwerp voor energieopslagapparaten bedacht dat zowel flexibel als semitransparant is, waarin de elektroden op hetzelfde tweedimensionale vlak zijn vervaardigd in een nieuwe kamtandstructuur.

De onderzoekers, Heng Li, et al., van de School of Physics aan de Peking University in China, hebben hun paper over de nieuwe structuur voor flexibele en semitransparante elektrochemische apparaten gepubliceerd in een recent nummer van: Nano-letters .

Zoals de onderzoekers uitleggen, de sleutel tot het bereiken van de flexibiliteit en semitransparantie van het apparaat is het patroon van de kamtanden van de elektroden. De onderzoekers toonden aan dat de nieuwe structuren bestand zijn tegen vele cycli van buigen en opnieuw buigen - en zelfs om een ​​pen gewikkeld kunnen worden - terwijl ze bijna al hun goede prestaties behouden. De structuren hebben geen afstandhouders nodig zoals die worden gebruikt door sommige apparaten met een sandwichstructuur om kortsluiting te voorkomen. In plaats daarvan, de nieuwe structuren kunnen gemakkelijk worden gebogen omdat er een natuurlijke lege ruimte is tussen twee aangrenzende kamtandgebieden.

Het ontwerp leent zich ook voor semitransparantie omdat de afmetingen van de elektrodekamtanden kleiner zijn dan 100 m, dat is de resolutielimiet van het blote oog. Met behulp van fotolithografie, de onderzoekers konden kamtanden maken met een breedte van 40-60 m, waardoor een goede lichtinval mogelijk is.

Hoewel andere transparante, flexibele energieopslagapparaten zijn eerder aangetoond, deze ontwerpen vereisen over het algemeen complexe en dure processen en zijn niet universeel voor andere energie-apparaatsystemen. In tegenstelling tot, de nieuwe kamtandstructuren kunnen met eenvoudige methoden worden vervaardigd en kunnen worden geïntegreerd met andere elektronische systemen.

"In recente jaren, flexibele elektronica is een hotspot geworden en er is een explosie van originaliteiten en ideeën in het gebied, " vertelde co-auteur Dapeng Yu aan de Universiteit van Peking: Phys.org . Hij legde uit dat het idee voor het ontwerp voortkomt uit een onderzoek dat hij en enkele andere auteurs vorig jaar publiceerden over zonnecellen gemaakt met draadelektroden.

"De elektrochemische energieapparaten (ze kunnen worden opgevat als batterijen of cellen) bestaande uit twee vezels (een is anode, de andere is kathode) zijn zeer buigbaar, " zei Yu. "We werden geïnspireerd door het idee, en probeerde de vezelachtige elektroden samen te integreren om een ​​vlak apparaat te fabriceren.

Zoals we weten, er zijn enkele vergelijkbare ontwerpen op dit gebied. Bijvoorbeeld, de interdigitale structuur wordt toegepast op supercondensatoren, maar ze zijn allemaal vervaardigd op stijve en ondoorzichtige substraten zoals silicium. Daarom, ze kunnen apparaattransparantie en flexibiliteit niet realiseren."

Hier, de onderzoekers demonstreerden de nieuwe kamtandstructuur door kleurstofgevoelige zonnecellen en supercondensatoren te fabriceren op basis van het nieuwe ontwerp. De flexibele, semitransparante zonnecellen zouden ooit toepassingen kunnen hebben in slimme ramen, gebouw-geïntegreerde fotovoltaïsche, en geïntegreerde fotovoltaïsche opladers voor draagbare elektronica. De supercondensatoren kunnen ook verschillende toepassingen hebben, inclusief voor de volgende generatie alles-in-één transparante en draagbare elektronische systemen.

Naast kleurstofgevoelige zonnecellen en supercondensatoren, het ontwerp met kamtanden kan ook worden uitgebreid naar andere elektrochemische systemen zoals alkalinebatterijen, kwantumpunt zonnecellen, en andere apparaten voor energieopslag en -opwekking.

"Theoretisch, de kam-tandenstructuur kan op bijna alle soorten elektrochemische apparaten worden toegepast, zei coauteur Qing Zhao van de Universiteit van Peking. "Echter, het fabricageproces moet opnieuw worden ontworpen voor individuele elektrochemische materialen. En we zijn van plan om meer soorten flexibele en semitransparante batterijen of cellen te ontwikkelen met behulp van het planaire structuurontwerp. Anderzijds, de efficiëntie van deze flexibele en transparante apparaten is nu iets lager dan die van traditionele apparaten, en we willen hun prestaties in de toekomst verbeteren."

Copyright 2013 Phys.org
Alle rechten voorbehouden. Dit materiaal mag niet worden gepubliceerd, uitzending, geheel of gedeeltelijk herschreven of herverdeeld zonder de uitdrukkelijke schriftelijke toestemming van Phys.org.