(Phys.org) - Een van de meest veelbelovende microschaalstroombronnen voor draagbare en draagbare elektronica is een micro-supercondensator - ze kunnen dun worden gemaakt, lichtgewicht, zeer flexibel, en met een hoge vermogensdichtheid. Normaal gesproken, echter, het vervaardigen van deze apparaten omvat ingewikkelde technieken die vaak hoge drukken vereisen, bestraling, en meerdere stappen.

In een nieuwe studie, onderzoekers hebben een eenvoudige "eenstapsmethode" ontwikkeld voor het fabriceren van micro-supercondensatoren en tonen aan dat de uiteindelijke apparaten een zeer goede algehele prestatie vertonen, inclusief een hoge vermogensdichtheid (1500 mW/cm ³ ) en een energiedichtheid (11,6 mWh/cm ³ ) die minstens twee keer zo hoog is als vergelijkbare micro-supercondensatoren.

De onderzoekers, Han Xiao et al. aan de Chinese Academie van Wetenschappen, hebben hun paper gepubliceerd in een recent nummer van ACS Nano .

"We hebben een veelzijdige, eenvoudige en effectieve methode voor het vervaardigen van hoogenergetische micro-supercondensatoren met ontworpen vormen, " co-auteur Zhong-Shuai Wu bij het Dalian National Laboratory for Clean Energy, Chinese Wetenschapsacademie, vertelde Phys.org .

De essentiële stap bij het fabriceren van de nieuwe micro-supercondensator is het integreren van fosforeen nanosheets in de tussenlaag van grafeen nanosheets, en de goede prestaties zijn grotendeels te danken aan de synergetische combinatie van deze twee materialen. De verschillende materialen hebben complementaire effecten, waarbij het fosforeen een hoge opslagcapaciteit biedt en voorkomt dat de grafeenvellen ongewenst worden gestapeld, terwijl het grafeen het hoofdskelet vormt en een supersnel elektronentransportnetwerk biedt.

Onder hun andere kenmerken, de micro-supercondensatoren vertonen een zeer goede flexibiliteit, die de onderzoekers toeschrijven aan de gelaagde structuur en vlakke apparaatgeometrie. Het apparaat heeft ook een hoge capaciteit, die na 2000 cycli op bijna 90% van zijn maximale capaciteit wordt gehouden. In het algemeen, het eenvoudige fabricageproces draagt ​​ook bij aan het verbeteren van de prestaties van het apparaat omdat het de verontreiniging en oxidatie vermijdt die vaak optreden tijdens verwerking in meerdere stappen.

Zoals de onderzoekers uitleggen, de kleine energieopslagapparaten hebben het potentieel om in een groot aantal verschillende gebieden te worden gebruikt.

"Micro-supercondensatoren zijn veelbelovend voor on-chip energieopslag, " zei Wu. "Heel recent, de opkomst van draagbare en slimme elektronica vraagt ​​dringend om zeer flexibele en multifunctionele, geïntegreerde energieopslagapparaten. Algemeen, nieuwe micro-supercondensatoren kunnen gelijke tred houden met de snelle ontwikkeling van hightech microsystemen die worden gebruikt in de precisie-instrumenten, materialen, biomedische en andere gebieden."

De onderzoekers verwachten ook dat, in de toekomst, het nieuwe fabricageproces kan eenvoudig worden opgeschaald en uiteindelijk voor commerciële doeleinden worden gebruikt. Ze zijn ook van plan om andere materialen en technieken te onderzoeken voor het ontwikkelen van energieopslagsystemen op microschaal.

"We zijn continu bezig met het ontwikkelen van een verscheidenheid aan ultradunne, structureel gedefinieerd grafeen en 2D-materialen, veilige elektrolyten met hoog voltage, en apparaatfabricagetechnieken voor flexibele, slim, en geïntegreerde systemen voor energieopslag op microschaal, zoals hoogenergetische micro-supercondensatoren, ' zei Wu.

© 2017 Fys.org