Fleksibel, solcelledrevne superkondensatorer kunne understøtte den nye generation af bærbar elektronik

Et gennembrud inden for energilagringsteknologi kan bringe en ny generation af fleksible elektroniske enheder til live, herunder solcelledrevne proteser til amputerede.

I et nyt papir offentliggjort i dag i tidsskriftet Avanceret Videnskab , et team af ingeniører fra University of Glasgow diskuterer, hvordan de har brugt lag af grafen og polyurethan til at skabe en fleksibel superkondensator, som kan generere strøm fra solen og gemme overskydende energi til senere brug.

De demonstrerer effektiviteten af ​​deres nye materiale ved at drive en række enheder, inklusive en række af 84 strømkrævende LED'er og højmomentmotorer i en håndprotese, giver den mulighed for at gribe en række genstande.

Forskningen inden for energiautonom e-hud og wearables er den seneste udvikling fra University of Glasgows forskningsgruppe Bendable Electronics and Sensing Technologies (BEST), ledet af professor Ravinder Dahiya.

Det øverste berøringsfølsomme lag udviklet af BEST-gruppens forskere er lavet af grafen, en meget fleksibel, gennemsigtig 'super-materiale' form af kulstoflag kun et atom tykt.

Sollys, der passerer gennem det øverste lag af grafen, bruges til at generere strøm via et lag af fleksible fotovoltaiske celler nedenfor. Enhver overskydende strøm lagres i en nyudviklet superkondensator, fremstillet af en grafit-polyurethan komposit.

Holdet arbejdede på at udvikle et forhold mellem grafit og polyurethan, som giver en relativt stor, elektroaktivt overfladeareal, hvor strømgenererende kemiske reaktioner kan finde sted, skabe en energitæt fleksibel superkondensator, som kan oplades og aflades meget hurtigt.

Lignende superkondensatorer udviklet tidligere har leveret spændinger på en volt eller mindre, gør enkelte superkondensatorer stort set uegnede til at drive mange elektroniske enheder. Holdets nye superkondensator kan levere 2,5 volt, gør den mere velegnet til mange almindelige applikationer.

I laboratorieundersøgelser, superkondensatoren har fået strøm, afladet og tændt igen 15, 000 gange uden væsentligt tab i dens evne til at lagre den strøm, den genererer.

Professor Ravinder Dahiya, Professor i elektronik og nanoingeniør ved University of Glasgow's School of Engineering, som ledede denne forskning sagde:"Dette er den seneste udvikling i en række af succeser, vi har haft med at skabe fleksible, grafenbaserede enheder, som er i stand til at drive sig selv fra sollys.

"Vores tidligere generation af fleksible e-skin havde brug for omkring 20 nanowatt per kvadratcentimeter til sin drift, som er så lav, at vi fik overskudsenergi selv med de fotovoltaiske celler af laveste kvalitet på markedet.

"Vi var ivrige efter at se, hvad vi kunne gøre for at fange den ekstra energi og gemme den til brug på et senere tidspunkt, men vi var ikke tilfredse med de nuværende typer energilagringsenheder såsom batterier til at gøre arbejdet, da de ofte er tunge, ikke-fleksibel, tilbøjelig til at blive varm, og langsom til opladning.

"Vores nye fleksible superkondensator, som er lavet af billige materialer, tager os et stykke vej mod vores ultimative mål om at skabe helt selvforsynende fleksible, solcelledrevne enheder, som kan lagre den strøm, de genererer.

"Der er et stort potentiale for enheder som proteser, bærbare sundhedsmonitorer, og elektriske køretøjer, der inkorporerer denne teknologi, og vi er ivrige efter at fortsætte med at forfine og forbedre de gennembrud, vi allerede har gjort på dette felt."

Holdets papir, med titlen "Graphene-Graphite Polyurethan Composites-baserede High-Energy Density Flexible Supercapacitors, " er offentliggjort i Avanceret Videnskab .