Er was een tijd tijdens de vroege ontwikkeling van draagbare elektronica toen de grootste hindernis die moest worden overwonnen, was om het apparaat klein genoeg te maken om als draagbaar te worden beschouwd. Na de uitvinding van de microprocessor in de vroege jaren 70, miniatuur, draagbare elektronica is gemeengoed geworden en sindsdien is de volgende uitdaging het vinden van een even kleine en betrouwbare stroombron. Chemische batterijen slaan veel energie op, maar hebben een lange tijd nodig om die energie op te laden en te ontladen en hebben een beperkte levensduur. Condensatoren laden snel op, maar kunnen niet genoeg lading opslaan om lang genoeg te werken om praktisch te zijn. Een mogelijke oplossing is iets dat een solid-state micro-supercondensator (MSC) wordt genoemd. Supercondensatoren zijn gewapend met de kracht van een batterij en kunnen dat vermogen ook voor een langere periode volhouden. Onderzoekers hebben in het verleden geprobeerd MSC's te maken met behulp van verschillende hybriden van metalen en polymeren, maar geen enkele was geschikt voor praktisch gebruik. In meer recente proeven met grafeen en koolstofnanobuisjes om MSC's te maken, de resultaten waren eveneens flauw.

Een internationaal team van onderzoekers onder leiding van Young Hee Lee, waaronder wetenschappers van het Center for Integrated Nanostructure Physics van het Institute for Basic Science (IBS) en het Department of Energy Science van de Sungkyunkwan University in Zuid-Korea, heeft een nieuwe techniek bedacht voor het creëren van een MSC die niet de tekortkomingen van eerdere pogingen heeft, maar in plaats daarvan hoge elektrochemische prestaties levert.

Bij het ontwerpen van iets nieuws en complexs, soms is de beste inspiratie er een die al in de natuur te vinden is. Het team heeft hun MSC-filmstructuur gemodelleerd op bladeren met natuurlijke aderstructuur om te profiteren van de natuurlijke transportroutes die efficiënte ionendiffusie parallel aan de grafeenvlakken die erin worden gevonden, mogelijk maken.

Om deze finale te maken, efficiënte vorm, het team gelaagde een grafeen-hybride film met koperhydroxide nanodraden. Na vele afwisselende lagen bereikten ze de gewenste dikte, en voegde een zure oplossing toe om de nanodraden op te lossen, zodat een dunne film met nano-impressies het enige was dat overbleef.

Om de MSC's te fabriceren werd de film aangebracht op een plastic laag met dunne, ~ 5 m lange parallelle gouden stroken bovenop geplaatst. Alles wat niet onder de goudstrips viel, werd chemisch weggeëtst, zodat alleen de goudstrips bovenop een filmlaag overbleven. Gouden contactkussentjes loodrecht op de gouden strips werden toegevoegd en een geleidende gel vulde de overblijvende ruimten en mocht stollen. Eenmaal gepeld van de plastic laag, de afgewerkte MSC's lijken op doorzichtige tape met gouden elektrische draden aan weerszijden.

Het team produceerde verbluffende testresultaten. Naast de superieure energiedichtheid, de film is zeer flexibel en verhoogt zelfs de capaciteit na het eerste gebruik. De volumetrische energiedichtheid was 10 keer hoger dan de momenteel beschikbare commerciële supercondensatoren en ook veel beter dan enig ander recent onderzoek. De MSC's vertonen elektrische eigenschappen die ongeveer vijf ordes van grootte hoger zijn dan vergelijkbare lithiumbatterijen en zijn vergelijkbaar met bestaande, grotere supercondensatoren. Volgens Leen, "Voor zover we weten, de volumetrische energiedichtheid en de maximale volumetrische vermogensdichtheid in ons werk zijn de hoogste waarden van alle op koolstof gebaseerde solid-state MSC's die tot nu toe zijn gerapporteerd."

In de toekomst, consumenten zullen hun apparaten waarschijnlijk van stroom voorzien met MSC's in plaats van batterijen. Toepassingen voor licht, betrouwbare energieopslag gecombineerd met een lange levensduur en snelle laad-/ontlaadtijd. De MSC's van het team kunnen worden ingebed in een elektronische circuitchip als stroombronnen voor praktische toepassingen zoals implanteerbare medische apparaten, actieve identificatielabels voor radiofrequenties, en microrobots. Als ingenieurs gebruik maken van de ongelooflijke flexibiliteit van het materiaal, deze MSC's kunnen worden gebruikt in draagbare, rekbaar, en zelfs draagbare elektronische apparaten.