Een door wetenschappers van Rice University ontworpen microsupercondensator die mogelijk zijn weg vindt naar persoonlijke en zelfs draagbare elektronica, krijgt een upgrade. Het laser-geïnduceerde grafeenapparaat profiteert enorm wanneer boor deel gaat uitmaken van de mix.

Het Rice-lab van scheikundige James Tour gebruikt commerciële lasers om dunne, flexibele supercondensatoren door patronen in gewone polymeren te branden. De laser brandt alles weg behalve de koolstof tot een diepte van 20 micron op de toplaag, die een schuimachtige matrix van onderling verbonden grafeenvlokken wordt.

Door het polymeer eerst te infuseren met boorzuur, de onderzoekers verviervoudigden het vermogen van de supercondensator om een ​​elektrische lading op te slaan, terwijl de energiedichtheid enorm werd verhoogd.

Het eenvoudige fabricageproces kan ook geschikt zijn voor het maken van katalysatoren, veldemissietransistors en componenten voor zonnecellen en lithium-ionbatterijen, ze zeiden.

Het onderzoek wordt gedetailleerd beschreven in het tijdschrift American Chemical Society ACS Nano .

Condensatoren laden snel op en geven hun energie in een burst vrij wanneer dat nodig is, als in een cameraflits. Supercondensatoren voegen de hoge energiecapaciteit van batterijen toe aan het pakket en hebben potentieel voor elektrische voertuigen en andere zware toepassingen. Het potentieel om ze te verkleinen tot een kleine, flexibel, gemakkelijk te produceren pakket zou ze geschikt kunnen maken voor veel meer toepassingen, volgens de onderzoekers.

In het eerdere werk het team onder leiding van Rice afgestudeerde student Zhiwei Peng probeerde veel polymeren en ontdekte dat een commercieel polyimide het beste was voor het proces. Voor het nieuwe werk het lab loste boorzuur op in polyamidezuur en condenseerde het tot een met boor doordrenkt polyimidevel, die vervolgens werd blootgesteld aan de laser.

Het tweestapsproces produceert microsupercondensatoren met vier keer het vermogen om een ​​elektrische lading op te slaan en vijf tot tien keer de energiedichtheid van de eerdere, boorvrije versie. De nieuwe apparaten bleken zeer stabiel over 12, 000 laad-ontlaadcycli, 90 procent van hun capaciteit behouden. Bij stresstesten zij behandelden 8, 000 buigcycli zonder prestatieverlies, meldden de onderzoekers.

Tour zei dat de techniek zich leent voor industriële schaal, roll-to-roll productie van microsupercondensatoren. "Wat we hebben gedaan, laat zien dat enorme modulaties en verbeteringen kunnen worden aangebracht door andere elementen toe te voegen en andere chemische eigenschappen in de polymeerfilm uit te voeren voorafgaand aan blootstelling aan de laser, " hij zei.

"Zodra de laser het blootlegt, die andere elementen voeren nieuwe chemie uit die de prestaties van de supercondensator echt verhogen. Dit is een stap om deze nog geschikter te maken voor industriële toepassingen."