Momenteel, onderzoek op het gebied van flexibele en rekbare supercondensatoren is gericht op het afstellen van elektroden, omdat ze het meest significante effect hebben op de prestaties. Echter, de separatormaterialen voor dergelijke toepassingen blijven grotendeels onontgonnen. Onlangs, een groep wetenschappers van Skoltech en Aalto University (Finland) stelde een nieuwe methode voor voor de fabricage van een volledig nanobuis rekbare supercondensator van SWCNT's filmelektroden en BNNT's separator.

Behalve dat het diëlektrisch is, poreus en chemisch inert, de separatoren voor rekbare supercondensatoren moeten bestand zijn tegen buigen en strekken zonder ernstige structurele schade. Materialen waarvan bekend is dat ze aan deze vereisten voldoen, zijn onder meer polymeren en op polymeer gebaseerde elektrolyten. Echter, ondanks dat het goedkoop en niet giftig is, dergelijke materialen vertonen een slechte bevochtiging met waterige elektrolyten en hebben problemen met mechanische sterkte. Bovendien, hun hoge dikte (0,2 mm) resulteert in hoge interne weerstanden van het geassembleerde apparaat. In tegenstelling tot, boornitride nanobuisjes (BNNT's), die in dit werk werden gebruikt, is een diëlektrisch nanomateriaal met een hoge Young's modulus en treksterkte, en dus beschouwd als perfecte materialen voor rekbare separatortoepassingen. Een ander belangrijk onderdeel van de supercondensatoren zijn elektroden, die zeer geleidend en mechanisch stabiel moeten zijn. In dit onderzoek, onderzoekers gebruikten koolstof nanobuis films (CNT's) omdat dergelijk materiaal een unieke poriestructuur heeft, hoog specifiek oppervlak, lage elektrische weerstand en hoge chemische stabiliteit, en uitzonderlijk hoge elasticiteits- en treksterkte-modulus van Young.

De BNNT-scheider met een dikte van slechts 0,5 µm zorgde voor een betrouwbare kortsluitbeveiliging en een lage equivalente serieweerstand (ESR) van de rekbare supercondensator (SSC). Het apparaat, gefabriceerd in een testcelconfiguratie voor materiaalkarakterisering behoudt 96 procent van zijn initiële capaciteit na 20 000 laad-/ontlaadcycli met een lage equivalente serieweerstand van 4,6 . Het prototype van de rekbare supercondensator is bestand tegen ten minste 1000 cycli van 50 procent belasting met een lichte toename van de volumetrische capaciteit en volumetrische vermogensdichtheid van 32 mW cm ⁻³ tot 40 mW cm ⁻³ na het uitrekken, wat hoger is dan eerder gemeld. Bovendien, een lage weerstand van 250 Ω voor het als gefabriceerde rekbare prototype werd verkregen. Het eenvoudige fabricageproces van dergelijke apparaten kan eenvoudig worden uitgebreid, het maken van de volledig nanobuis rekbare supercondensatoren, hier gepresenteerd, veelbelovende elementen in toekomstige draagbare apparaten.

"In dit werk, we hebben dunne films van SWCNT's toegepast als de elektroden en BNNT's als de separator om rekbare supercondensatoren van alle nanobuizen te fabriceren. We hebben ervoor gekozen om de SWCNT- en BNNT-films samen te gebruiken vanwege een aantal belangrijke eigenschappen, zoals roosterstructuren, die het materiaal tussen de wanden van beide materialen versterken en het mogelijk maken om het apparaat te testen en te karakteriseren onder mechanisch uitrekken. We hebben ook met succes het probleem van de scheidingsdikte en weerstand opgelost, waarbij de elastische eigenschappen van het apparaat behouden blijven, " zei Skoltech PhD-student Evgenia Gilshteyn, hoofdauteur van de studie.

Skoltech-professor Albert Nasibulin voegde toe:"De technologie van de SSC-fabricage is heel eenvoudig, omdat het is gebaseerd op technieken voor het overbrengen van droge depositie en airbrushen. Met zijn stabiele prestaties, het apparaat zou een veelbelovende kandidaat kunnen zijn voor draagbare elektronische apparaten en flexibele energieopslagsystemen."