(Phys.org) — Een laboratorium van de Rice University heeft flexibele, draagbare en draagbare elektronica in het vizier met het creëren van een dunne film voor energieopslag.

Rijstchemicus James Tour en zijn collega's hebben een flexibel materiaal ontwikkeld met nanoporeuze nikkelfluoride-elektroden die zijn gelaagd rond een vaste elektrolyt om batterijachtige supercondensatorprestaties te leveren die de beste eigenschappen van een energierijke batterij en een krachtige supercondensator combineren zonder de lithium tegenwoordig te vinden in commerciële batterijen.

Het nieuwe werk van het Rice-lab van chemicus James Tour is gedetailleerd in de Tijdschrift van de American Chemical Society .

Hun elektrochemische condensator is ongeveer een honderdste van een inch dik, maar kan worden opgeschaald voor apparaten door de grootte te vergroten of lagen toe te voegen, zei Rice postdoctoraal onderzoeker Yang Yang, co-hoofdauteur van het artikel met afgestudeerde student Gedeng Ruan. Ze verwachten dat met standaard fabricagetechnieken de batterij nog dunner kan worden.

Bij testen, de studenten ontdekten dat hun vierkante inch-apparaat 76 procent van zijn capaciteit meer dan 10 had, 000 laad-ontlaadcycli en 1, 000 buigcycli.

Tour zei dat het team op zoek was naar een materiaal met de flexibele eigenschappen van grafeen. koolstofnanobuizen en geleidende polymeren, terwijl ze een veel hogere elektrische opslagcapaciteit hebben die typisch wordt aangetroffen in anorganische metaalverbindingen. Anorganische verbindingen hebben, tot voor kort, gebrek aan flexibiliteit, hij zei.

"Dit is niet gemakkelijk om te doen, omdat materialen met zo'n hoge capaciteit meestal bros zijn, "zei hij. "En we hebben het heel goed gehad, flexibele koolstofopslagsystemen in het verleden, maar koolstof als materiaal heeft nooit de theoretische waarde bereikt die kan worden gevonden in anorganische systemen, en nikkelfluoride in het bijzonder."

"Vergeleken met een lithium-ion-apparaat, de structuur is vrij eenvoudig en veilig, Yang zei. "Het gedraagt ​​zich als een batterij, maar de structuur is die van een supercondensator. Als we het als een supercondensator gebruiken, we kunnen snel opladen met een hoge stroomsnelheid en deze in zeer korte tijd ontladen. Maar voor andere toepassingen we merken dat we het kunnen instellen om langzamer op te laden en langzaam te ontladen als een batterij."

Om de batterij / supercondensator te maken, het team deponeerde een nikkellaag op een backing. Ze hebben het geëtst om poriën van 5 nanometer te creëren in de 900 nanometer dikke nikkelfluoridelaag, waardoor het een groot oppervlak heeft voor opslag. Nadat ze de achterkant hadden verwijderd, ze plaatsten de elektroden rond een elektrolyt van kaliumhydroxide in polyvinylalcohol. Testen vonden geen degradatie van de poriestructuur, zelfs niet na 10, 000 laad-/oplaadcycli. De onderzoekers vonden ook geen significante degradatie van de elektrode-elektrolyt-interface.

"De aantallen zijn buitengewoon hoog in de kracht die het kan leveren, en het is een heel eenvoudige methode om krachtige systemen te maken, "Toer zei, eraan toevoegend dat de techniek veelbelovend is voor de vervaardiging van andere 3D-nanoporeuze materialen. "We zijn al in gesprek met bedrijven die dit willen commercialiseren."

Rice afgestudeerde student Changsheng Xiang en postdoctoraal onderzoeker Gunuk Wang zijn co-auteurs van het artikel.

De Peter M. en Ruth L. Nicholas Postdoctoral Fellowship van het Smalley Institute for Nanoscale Science and Technology en het Multidisciplinair Universitair Onderzoeksinitiatief van het Air Force Office of Scientific Research ondersteunden het onderzoek.